Энергетические квантовые системы с различным количеством уровней (1095931)

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

Текст из файла

1). Титульник2). Важнейшим свойством квантовых систем является то, что их внутренняяэнергия может принимать только дискретные значения 1 , 2 , … , ,определяемые решениями соответствующих уравнений Шрёдингера∆ +2( − ) = 0ℎ2Состояние с наименьшей энергией, являющееся наиболее устойчивым,называют основным. Все другие состояния, которым соответствует большаяэнергия, называются возбуждёнными.Спонтанный переход: Если атом (или молекула) находится всостоянии 2 в момент времени = 0, то существует конечная вероятностьтого, что он перейдет в состояние 1, испустив при этом квант света (фотон) сэнергией ℎ21 = 2 − 1 .

Этот процесс, происходящий без взаимодействия сполем излучения, называется спонтанным переходом, а соответствующееизлучение – спонтанным излучением. (Вероятность спонтанных переходовпропорциональна времени)Вынужденный переход: При воздействии на атом электромагнитногоизлучения резонансной частоты ( = 21 =2 −1ℎ) существует конечнаявероятность того, что атом перейдёт из состояния 1 на верхний уровень 2,поглощая при этом квант электромагнитного поля (фотон) с энергией ℎ.Предположим теперь, что атом первоначально находится на верхнемуровне 2 и на вещество падает волна с частотой = 21 .

Тогда существуетконечная вероятность того, что эта волна инициирует переход атома суровня 2 на уровень 1. При этом разность энергий 2 − 1 выделится в видеэлектромагнитной волны, которая добавится к энергии падающей волны. Этои есть явление вынужденного (индуцированного) излучения.3). При хаотическом тепловом движении распределение энергии средиатомов неравномерно. Некоторая часть атомов возбуждена, чтосоответствует их нахождению на более высоких, чем основной, уровняхэнергии.

В условиях теплового равновесия и при отсутствии внешнегоэлектромагнитного поля большая часть атомов обладает минимумомэнергии. Образно говоря, населённость верхних уровней меньшенаселённости нижних.При распространении света в веществе обычно происходит поглощениесвета. Это происходит потому, что в состоянии термодинамическогоравновесия число невозбуждённых атомов в веществе много больше, чемчисло возбуждённых, и, следовательно, фотоны чаще взаимодействуют сневозбуждёнными атомами, т.е. поглощаются веществом.В веществе же с инверсной населенностью уровней числовозбуждённых атомов больше числа невозбуждённых. При этомуменьшается вероятность встречи фотонов с невозбуждённым атомом, т.е.уменьшается вероятность поглощения фотонов.

Вещество становится болеепрозрачным или даже способным усиливать свет. Действительно, если в нёмдвижется фотон, энергия которого в точности равна разности энергий атомовв состояниях, то, взаимодействуя с возбуждённым атомом, такой фотонвызовет индуцированное излучение. В результате появится второй такой жефотон. Взаимодействуя с другими двумя возбуждёнными атомами, эти двафотона вызовут высвечивание ещё двух атомов. В конечном счете, вместоодного фотона из вещества выйдет много фотонов, что является усилениемсвета.=2 − 1ℎ4). В двухуровневой схеме под действием излучения накачки частицыпереводятся с нижнего уровня на верхний, одновременно происходятспонтанные переходы. Следует отметить, что создать инверсиюнаселённостей атомов с помощью накачки непосредственно с уровня 0 науровень 1 нельзя.

Это связано с тем, что если поглощение и вынужденноеизлучение происходят между двумя уровнями, то оба эти процессапротекают с одинаковой скоростью. Поэтому в данном случае накачка можетлишь уравнять населённости двух уровней, чего недостаточно длявозникновения генерации.Хорошая модель реальных квантовых объектов.5). В трёхуровневой системе атомы под действием излучения накачки счастотой нак = 31 переводятся с основного уровня на уровень 3.

Есливыбрана среда, в которой атомы, оказавшиеся в возбуждённом состоянии науровне 3, быстро переходят на уровень 2*, то в такой среде можно получитьинверсию населенностей между уровнями 2* и 1. Существенно при этом,чтобы уровень 2* был метастабильным (долгоживущим), что отмеченозначком (*). Рабочим (лазерным) является переход 2*→1, определяющийчастоту (длину волны) излучения лазера: 21 =2 −1ℎ. (РУБИН)6).

По аналогичной схеме работает и четырёхуровневая схема, с темотличием, что в этом случае свойством метастабильности должен обладатьуровень 3*, рабочим является переход 3*→2, определяющий частотуизлучения лазера: 32 =3 −2ℎСравнение трёх- и четырёхуровневых схем накачки показывает, чтоболее эффективной является четырёхуровневая схема. Действительно, вэтой схеме инверсия населённостей между третьим и вторым уровнямидостигается значительно легче из-за относительно малой населённостивторого уровня.

В трёхуровневой схеме для получения инверсиинаселённостей между вторым и первым уровнями необходимо перевести навторой уровень более половины атомов, первоначально находившихся напервом уровне. В результате, пороговый уровень мощности накачки, прикоторой начинается генерация в лазере, для четырёхуровневой схемыпримерно на порядок ниже, чем у трёхуровневой. Позволяет создаватьмощные лазеры, работающие в непрерывном режиме. Однако подобныелазеры обладают существенным недостатком в виде низкого квантовогоКПД, которое определяется как отношение энергии излученного фотона кэнергии поглощенного фотона накачки (НЕОДИМ).

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов реферата