КОЭ (1084716), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Между дифференциальными коэффициентами имеется такая же связь, как и между интегральными коэффициентами Эйнштейна

;

9) Электрический диполь — совокупность двух одинаковых по значению и противоположных по знаку зарядов, находящихся на расстоянии L друг от друга. дипольный момент D, численно равен произведению зарядов е на расстояние L между ними: D=eL и направлен от отрицательного полюса к положительному. Усредненная по времени за период колебаний мощность излучения

,

где -амплитуда колебаний.Эта формула справедлива и для излучения, создаваемого системой из многих зарядов. Средняя мощность излучения осциллирующего диполя (классический осциллятор) получается из выражения

где — амплитуда изменения дипольного момента. Уравнение для энергии излучателя , отсюда

, где .

Зависимость называется Кривой Лоренца, где А - нормировочный множитель. Эта зависимость определяет распределение энергии по частоте. Из условия нормировки определяем нормировочный множитель .Функция Лоренца имеет максимум при = , который из условия нормировки равен . На расстояниях спектральная плотность убывает в два раза. Величина , называемая полушириной линии, представляет собой естественную ширину спектральной линии. Связь времени жизни (времени излучения) с вероятностью перехода получается при домножении на выражение . Неоднородное уширение. Экспериментально наблюдаемые спектральные линии могут явиться бесструктурной суперпозицией нескольких спектрально неразрешимых однородно уширенных линий. В этих случая каждая частица излучает или поглощает не в пределах всей экспериментально наблюдаемой линии. Такая спектральная линия называется неоднородно уширенной. Причиной неоднородного уширения может быть любой процесс, приводящий к различию в условиях излучения(поглощения) для части одинаковых атомов исследуемого ансамбля частиц, или наличие в ансамбле атомов с близкими, но различными спектральными св-вами, однородно уширенные спектральные линии которых перекрываются лишь частично. Классическим примером неоднородного уширения является доплеровское уширение, характерное для газов при маленьких давлениях и (или) высоких частотах.

10) Это выражение описывает волну, распространяющуюся в направлении z с постоянной распространения , которая в общем случае является комплексной величиной и называется комплексным показателем преломления. Разобьем на вещественную и мнимую части: Плоская электромагнитная волна в среде с поглощением

(1),

где , а (2).

Анализ выражений (1)-(2) дает ясное представление о свойствах распространяющихся волн. Они описывают волну с угловой частотой , распространяющуюся с фазовой скоростью c/n и испытывающую ослабление. Первый множитель в (1)-(2) определяет амплитуду волны в точке z=0, второй — затухание волны с расстоянием z, а третий —фазовый множитель. Простая связь между n и с одной стороны, вещественной и мнимой частями комплексной относительной диэлектрической проницаемости — с другой

Таким образом, мнимая часть комплексного показателя преломления характеризует способность среды поглощать (или усиливать при определенных условиях) электромагнитное излучение. На микроскопическом уровне процессы поглощения определяются квантовыми переходами из более низкого в более высокое энергетическое состояние. Действительная часть n комплексного показателя преломления определяет скорость распространения электромагнитной волны в среде: v=c/n.

11) Спектральная зависимость показателей поглощения и преломления (дисперсия).

12. Усиление излучения за счет вынужденных переходов. Условия усиления. Способы создания инверсии населенности. Насыщение усиления.

Рассмотрим прохождение плоской монохроматической волны с частотой через среду, в единице объема которой атомов находятся в энергетическом состоянии , а атомов – в состоянии ( ):

Изменение интенсивности волны при прохождении через слой вещества dz:

, где n – показатель преломления.

– показатель поглощения.

Если населенности уровней равны, то - случай просветления среды.Состояние вещества, при котором населенность верхнего энергетического уровня превышает населенность нижнего уровня – инверсия населенностей.

- степень инверсии (инверсная перенаселенность).

Среду, в которой при определенных условиях может быть создана инверсия населенностей – лазерная (мазерная) активная среда, соответствующий рабочий элемент усилителя – активный элемент.

Инверсия населенностей энергетических уровней достигается в термодинамически неравновесных системах с помощью накачки.

Методы осуществления накачки:

1. Накачка вспомогательным излучением (оптическая накачка).

Заключается в том, что активное вещество облучают мощным электромагнитным излучением, назыв. вспомогательным излучением или излучением накачки.

Исп. для накачки твердотельных лазеров на диэлектриках, жидкостных, полупроводниковых и газовых лазеров.

2 . Накачка с помощью газового разряда.

Исп. в газоразрядных лазерах.

3. Сортировка частиц.

Исп. в приборах СВЧ-диапазона (пучковых мазерах).

4. Инжекция неосновных носителей заряда через p-n-переход.

Исп. в полупроводниковых инжекционных лазерах.

5. Возбуждение частицами высоких энергий.

Исп. в полупроводниковых лазерах с электронной накачкой.

6. Химическая накачка.

Исп. в газовых лазерах.

7. Газодинамическая накачка.

Исп. в газовых лазерах.

Если частота перехода лежит в оптическом диапазоне – лазерный усилитель, если в СВЧ-диапазоне – мазерный усилитель.

13. Оптический резонатор, спектральная плотность собственных колебаний, потери энергии и добротность. Добротность, определяемая выводом излучения через зеркала.

Резонатор – колебательная система, в которой возможно накопление энергии акустических, механических или электромагнитных волн.

Простейший электромагнитный резонатор – колебательный контур.

Собственные колебания резонатора (моды) – колебания только определенных длин волн и определенной структуры, образующие стоячую волну.

Объемный резонатор – полость с проводящими стенками, внутри которой могут возбуждаться электромагнитные колебания.

Электрическое поле:

, где - собственная частота резонатора.

Для прямоугольного параллелепипеда с размерами , , длины волн собственных типов колебаний находят из соотношения:

Условия образования стоячей волны кубе с ребром L:

, , , где - волновое число, m, n, q – целые числа.

Полное число типов колебаний при изменении волнового вектора от 0 до k равно объему сферы радиуса k, деленному на объем, приходящийся на один тип колебаний :

В оптическом диапазоне (при ) число собственных колебаний в единице объема в единичном интервале частот:

Открытый резонатор – объемный резонатор, отражающие стенки которого не замкнуты.

Оптический резонатор – открытый резонатор для оптического диапазона.

П лоский резонатор – простейший оптический резонатор (два плоских зеркала, расположенных строго параллельно друг другу).

Прямая, проходящая через центры зеркал, перпендикулярно их поверхности – оптическая ось резонатора.

Добротность оптического резонатора – отношение энергии, запасенной в резонаторе, к средней энергии, теряемой за часть периода колебаний.

Добротность оптического резонатора:

- полная энергия, запасенная в резонаторе.

- энергия, теряемая за период.

- энергия, теряемая за 1 с.

Добротность определяется потерями в резонаторе. Изменение энергии, запасенной в моде частотой за время dt: . Следовательно,

Следовательно постоянная времени моды затухания резонатора: - время жизни фотона.

Для вывода излучении наружу исп. полупрозрачное зеркало (R – коэффициент отражения). Потери на излучение – полезные потери резонатора.

Если длина резонатора , то теряемая за единицу времени энергия равна:

, следовательно, добротность резонатора, определяемая потерями на излучение:

, где - коэффициент пропускания.

1 4. Резонансные частоты (моды) открытого резонатора, межмодовый частотный интервал.

Мода – собственный тип колебаний резонатора.

Аксиальные колебания - колебания, распространяющиеся строго вдоль оптической оси, обладающие наивысшей добротностью.

Расстояние между ближайшими типами колебаний для плоского резонатора:

Рассмотрим резонатор: , , :

В случае неаксиальных (поперечных) мод:

Для колебаний, отличающихся друг от друга на единицу по индексу m:

, где

- безразмерный параметр (число Френеля).

Для колебаний, отличающихся друг от друга на единицу по индексу n:

Моды с одинаковыми q, но разными m и n, удовлетворяющие условию , имеют одну и ту же частоту и назыв. частично вырожденными.

Характеристики

Список файлов учебной работы