Пример: лазеры с диодной накачкой
В этом разделе нас будет интересовать аспект, имеющий существенное значение с точки зрения технологического применения лазеров, а именно — лазерная эффективность. Этот параметр определяется как отношение выходной мощности излучения лазера …
Предел Шавлова—Таунса и сила ланжевеновского шума
Одной из наиболее упоминаемой особенностей лазерного излучения (помимо его яркости) является его высоко монохроматический характер. Может возникнуть вопрос: «Что же ограничивает спектральную ширину лазерного излучения?» В качестве причин мы могли …
Электродинамические лазерные уравнения: электромагнитные основы синхронизации мод
Вплоть до настоящего момента нас, в основном, интересовала плотность фотонов, содержащихся в лазерном резонаторе, при этом мы мало внимания уделяли волновой (электромагнитной) природе лазерного излучения. Напомним, что фотон есть результат …
Насыщение в лазерных усилителях
В главе 3, а потом вновь в главе 4 мы видели, каким образом оптическое усиление, возникающее из стимулированной эмиссии, быстро насыщается. Это насыщение описывалось (4.10), и выражение для него вновь …
Эффект спонтанной эмиссии и фотонная конденсация
Как упоминалось ранее в главе 4, мы пренебрегли влиянием спонтанной эмиссии на лазерный эффект. Одним из следствий этого упущения, которое мы специально отметили в разделе 4.6, является то, что стимулированное …
Синхронизация мод
(4.47) Сейчас мы рассмотрим особый случай динамической реакции неоднородной лазерной среды. Мы видели, каким образом неоднородная среда может быть описана ансамблем независимых осцилляторов, обладающих способностью генерировать в пределах всего модового …
Демпфирование лазерного резонаторМодуляцией потерь (переключение добротности)
Опишем теперь метод, позволяющий превысить пороговую концентрацию носителей в лазере (позволяющую добиться пс{0 » л1Ьге5Ьок1). С этой целью в начальный период времени резонаторные потери искусственно увеличиваются до уровня, обеспечивающего выполнение …
Демпфированные колебания
Предположим, что в момент времени / = 0 система находится в состоянии инверсной заселенности, при этом п(10 превышает л1Нге5Ьо|с1 (т. е. еще перед началом режима фиксации — в следующем разделе …
Резонаторные скоростные уравнения и динамические характеристики лазеров
Скоростные уравнения (4.1), введенные в начале этой главы являются нестационарными дифференциальными уравнениями. Вплоть до настоящего момента нас Интересовало стационарное поведение лазерного излучения. Теперь же обратим наше внимание на динамические характеристики …
Спектральные характеристики
Генерируют только те собственные моды резонатора, которые удовлетворяют фазовому условию (4.25) и которые обладают усилением холодного резонатора y0(vq), большим порогового усиления (y0(vq) > threshold)- Рисунок 4.9 иллюстрирует допустимые генерирующие моды …
Выходная мощность
Сейчас нас интересуют внутренняя плотность и потоки фотонов в лазерной среде. Выходной поток представляет собой излучение, вышедшее через выходное зеркало М5 с пропусканием 7 Чем меньше величина Г, тем больше …
Лазерные характеристики. Внутренние лазерные характеристики и фиксация усиления
Рассмотрим лазерную систему в условиях оптической накачки с возрастающей скоростью (т. е. скорость накачки Я2 возрастает). В стационарном состоянии (т. е. перед началом лазерной генерации) плотность инверсной заселенности холодного резонатора …
Оптические резонаторы и порог лазерной генерации
Лазерная среда в условиях инверсии заселенности может проявлять себя как усилитель. Таким образом, для реализации лазерной генерации нам необходимо лишь вновь ввести усиленный оптический сигнал (то, что называется оптической обратной …
Трех-четырехуровневые системы
Перейдем теперь к более углубленному (по сравнению с рассмотрением в разделе 4.2) обсуждению механизмов накачки с тем, чтобы получить усиление между двумя уровнями. А именно: рассмотрим системы с тремя или …
Оптическое усиление и насыщение усиления
Как видно из уравнений (3.50) и (3.74), в условиях инверсии заселенности происходит усиление оптического сигнала вблизи резонанса. В этом случае происходит усиление интенсивности по мере прохождения пучка через среду в …
Инверсия заселенности и оптическое усиление. Инверсия заселенности
Покажем, каким образом инверсия заселенности может быть достигнута за счет переноса носителей заряда с более высоко лежащих уровней на верхний уровень интересующей нас подсистемы. Для этого рассмотрим резонатор с объемом …
ЛАЗЕРНЫЕ КОЛЕБАНИЯ. Введение
В главе 3 мы сумели показать, что среда, в которой мы можем достичь инверсии заселенности (т. е. реализуется ситуация, когда плотность заселенности в возбужденном состоянии превышает аналогичную величину для основного …
Эквивалентность А Р — и йА-гамильтонианов и правило Томаса—Райха—Куна
Определенный ряд общих заключений по поводу различных величин, влияющих на оптические свойства (силы осцилляторов, ...), может быть извлечен из коммутационных свойств наблюдаемых р и г. В этом разделе мы будем …
Коэффициенты Эйнштейна для двух Предельных случаев: квазимонохроматических и широкополосных оптических переходов
Сейчас мы представим трактовку индуцированной и спонтанной эмиссии, которая была дана Эйнштейном в 1905 году. Этот подход представляет значительный исторический интерес, так как он демонстрирует силу направленного эвристического рассуждения. Рассмотрим …
Нестационарные возмущения второго порядка
В главе 1 мы видели, каким образом нестационарный гамильтониан может обусловить переходы между различными состояниями квантовой системы. Чтобы показать это, мы записывали нестационарное уравнение Шредингера в базисе, сформированном собственными состояниями …
Неоднородное уширение
В этом случае рассматриваемая среда состоит из ансамбля т различных систем, обладающих различными боровскими частотами осцилляции сот... Интегральная форма линии в этом случае представляет собой среднее по всем индивидуальным формам …
Однородное уширение
В этом случае каждая из систем, образующих ансамбль, является идентичной. Все они обладают той же самой боровской частотой колебаний и подвергаются тем же самым механизмам уширения. Для такого уширения могут …
Однородное и неоднородное ушпрение: когерентность света
В ряде мест мы видели, что два подхода могут быть использованы для описания оптических переходов в двухуровневой квантовой системе. Один подход основан на нестационарной теории возмущений (раздел 1.6), в то …
Полихроматические волны
Если электромагнитная волна обладает спектральной плотностью энергии, которая намного шире, чем спектральная ширина межуровневого перехода, то плотность вероятности для стимулированного излучения или поглощения составляет: Ль. = = ВпРМ Где Вп …
Многомодовые монохроматические волны
Этот случай является простым обобщением (3.84а) на все допустимые / мод резонатора: (у,-*,*) -і ТУ, = «1^2------- - г-пНх - С а! (3.846) *.-2 АГ, СОп Где, естественно, мы …
Монохроматические одномодовые волны
Предположим, что электромагнитная волна является монохроматичной (т. е. обладающей только одной частотой со). Скорость изменения числа частиц на уровнях |1) и |2) дается соотношениями: (3.79) Г Эти различные механизмы переходов …
Повторное рассмотрение скоростных уравнений
Как можно легко заключить из проделанной до сих пор работы, физика электрон - фотонного взаимодействия настолько же богата концепциями, как и определениями. Таким образом, в этой секции целесообразно суммировать некоторые …
Скоростные уравнения с учетом спонтанного излучения
Теперь мы включим спонтанную эмиссию в скоростные уравнения в (3.49) и (3.50). Для временного упрощения необходимых обозначений предположим до явного упоминания, что в резонаторе существует лишь одна мода. Спонтанную эмиссию …
Спонтанное излучение И излучательное время жизни. Спонтанное излучение
В том случае, когда второй уровень заселен, он стремится срелаксировать под воздействием потока фотонов, о чем свидетельствует член —&ор(?пЫ2/У в (3.49). Таким образом, если число фотонов в резонаторе равно нулю …
Насыщение поглощения
ЛГ, + М, = N Возвратимся теперь к выражениям (3.26), определяющие различие заселенности между двумя уровнями в функции частоты Раби Ц2, которая, в свою очередь, дает связь с напряженностью электрического …
Стимулированное излучение
Уравнение (3.42) может быть переписано в следующем виде: ^^орФ^-^орФЛГ, (3.47) Это последнее уравнение мы можем выразить и через число фотонов. Число фотонов п в резонаторе с объемом К, пересекаемом потоком …
Скоростные уравнения. Адиабатическая аппроксимация и корпускулярная интерпретация
Теперь мы можем дать корпускулярную трактовку уравнений поглощения. Для начала введем адиабатическую аппроксимацию, предполагающую, что время фазовой релаксации Т2 очень мало по сравнению с временем релаксации заселенности Тг В пользу …
Линейная оптическая восприимчивость: поглощение и оптическое усиление
Материя состоит из отрицательно заряженных частиц (электронов), которые экранируют фон положительно заряженных ядер. Когда электромагнитная (ЭМ) волна воздействует на материю, движение электронов (легких частиц) относительно ядер (тяжелые частицы) вызывает эффект …
Линейная оптическая восприимчивость в приближении матрицы плотности
Поинтересуемся теперь взаимодействием между двухуровневой квантовой системой и планарной электромагнитной волной. Эта двухуровневая система описывается гамильтонианом Я0 со стационарными состояниями |1) и |2) и собственными энергиями Ех и Е2 (т. …
Гамильтониан дипольного взаимодействия для электронов и дырок
Рассмотрим теперь частицу с зарядом # и массой т, подвергнутую воздействию статического потенциала К(г) атома, квантовой ямы и т. д. В рамках классического подхода гамильтониан частицы дается соотношением: Я=^1 + …
