ЛЕКЦИЯ 02 (1032432), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

(2.19)

где К = exp(α₀  l) — коэффициент усиления активной среды за проход.

Формула (2.19), очевидно, теряет смысл при RK=1. Но именно это условие соответствует равенству энергии, приобретаемой за счет усиления в активной среде и теряемой при излучении в окружающее пространство.

Если RK<1, мы имеем усилитель с положительной обратной связью (регенерированный усилитель) При RK=1 усилитель самовозбуждается и превращается в генератор. Смысл условия самовозбуждения прост: потери энергии за проход должны быть скомпенсированы усилением за этот же проход.

Заметим, что проведенное рассуждение справедливо только для симметричного резонатора, то есть такого, у которого зеркала одинаковы и имеют совпадающие коэффициенты отражения R. Для несимметричного резонатора, у которого одно зеркало глухое (R=1), а другое (выходное) имеет коэффициент отражения R<1, потери на выходном зеркале должны компенсироваться не однократным, а двукратным прохождением расстояния между зеркалами, и условие генерации запишется так: RK² = 1

Можно в принципе предложить много различных схем сочетания системы зеркал с активной средой и для каждой из них получить свое условие возбуждения. Общее же требование на это условие гласит: усиление в активной среде за некоторый (эффективный) проход излучения через систему зеркал резонатора и активную среду должно скомпенсировать все потери энергии в резонаторе за этот же эффективный проход:

(2.20)

Здесь означает все потери (как на выход излучения наружу, так и на рассеяние, поглощение элементами внутри резонатора и т.п.).

Отметим важное обстоятельство, принципиальное для выполнения условия (2.20) в обобщенном смысле. Понимая (2.20) как условие на комплексные величины и , следует разбивать условие самовозбуждения на баланс амплитуд и баланс фаз. Резонансные условия выполняются для излучения той частоты, для которой реализуется стоячая волна, то есть все фазовые набеги взаимно компенсируются. Поэтому если баланс амплитуд позволяет вычислить выходную мощность лазера, то баланс фаз дает значение частоты.

Таким образом, в основе работы лазеров лежат три принципа:

1. Наличие вынужденного излучения, заключающееся в том, что вероятность переходов между энергетическими уровнями в активной среде, связанных с поглощением и испусканием излучения, пропорциональна спектральной плотности резонансного излучения.

2. Явление вынужденного излучения может быть использовано для усиления электромагнитного излучения, если для пары уровней в активной среде создана инверсная населенность, т.е. состояние, при котором населенность на верхнем уровне превосходит населенность на нижнем уровне.

3. Для обеспечения режима генерации необходимо активную среду, усиливающую излучение поместить в резонатор, т.е. устройство, обеспечивающее положительную обратную связь.

ЛИТЕРАТУРА к лекции 2.

1. Эйнштейн А. Собрание научных трудов в 4 томах, т.3. ― М., Наука, 1966.

2. Фабрикант В.А. // Труды ВЭИ, 1940, вып.1, 236.

3. Басов Н.Г., Прохоров А.М. // ДАН СССР, 1955, 101, № 1, 47.

4. Gordon J.P., Zeiger H.J., Townes C.H. // Phys. Rew., 1955, 99, 1264.

5. Lamb W.E., Jr. // Phys. Rew., 1964, 134, 1429.

6. Юдин В.И. // Кв. электр., 1979, 6, №7, 1559.

7. Конюхов В.К., Прохоров А.М. // Письма ЖЭТФ, 1966, 3, № 11, 436.

8. Кац М.Л., Ковнер М.А., Сидоров Н.К. Оптические квантовые генераторы. ― Саратов, Изд. СГУ, 1964.

9. Сивухин Д.В. Общий курс физики, т.4. Оптика. ― М., Наука, 1980.

10. Карлов Н.В. Лекции по квантовой электронике.― М., Наука, 1983.

11. Микаэлян А.Л., Тер-Микаелян М.Л., Турков Ю.Г. Оптические квантовые генераторы на твердом теле. ― М., Сов. радио, 1967.

Характеристики

Список файлов лекций