КОЭ-01 - Определения. Коэффициенты Эйнштейна

51

Возбуждение активного вещества (накачка

1.Накачка вспомогательным излучением (оптическая накачка)

2.Накачка с помощью газового разряда

3.Сортировка частиц

4.Инжекция неосновных носителей заряда через р-п-переход

5.Возбуждение частицами высоких энергий, например ускоренными электронами

6.Химическая накачка

7.Газодинамическая накачка

52

Кинетические уравнения. Схемы работы лазеров.

53 Кинетические уравнения

Кинетические уравнения - уравнения баланса

определяют перераспределение частиц по энергетическим уровням при наличии накачки

				dNm	Nn wnm Nm wmn
				dt
					n m				n m
	Полная вероятность перехода m→n
		wmn Аmn				Вmnρmn Smn
	Вынужденные переходы								Bmn mn
	Накачка								bmn ( ) mn ( )d
mn ( mn ) bmn ( )d mn ( mn )Bmn
									Генерация

bmn ( ген ) mn ( )d bmn ( ген ) mn ( ген ) генmn

54			Система уравнений
						K
						Nm N
				dNm/dt=0
 Стационарное состояние:
						m 1

 Система линейных однородных уравнений:

Nm wmn Nn wnm 0 n m n m

Упрощение системы

Опускаем 1 уравнение - система из К уравнений, содержащая К неизвестных Nm

Учитываем только переходы приводящие к существенному изменению населенности

Группа близких уровней как один с эквивалентным τm.

Двух-, трех- и четырехуровневые схемы возбуждения и работы

55

Двухуровневая схема

 Упрощения g1=g2=1

ρн=ρ12

В12=В21

dN

1

( A21 12B21)N2 12B12 N1

0,

A

ρ B

N1

21

12 21

N.

dt

A21 2 ρ12 B21

dN

2

12B12 N1 ( A21 12B21)N2

0,

dt

ρ12 B21

N2

N ,

N1 N2 N.

A21 2 ρ12 B21

56 Предельная накачка

При g1

N2 →

kω→0 - насыщение - «просветление» среды

Достичь инверсии и усиления нельзя

	При g1≠g2	N	2		q2	N		N1		q1	N
					q2
				q1						q1 q2

N = N2/g2 - N1/g1 → 0

Достичь инверсии и усиления нельзя

Метод сортировки частиц

 Мазер на пучке молекул аммиака

57 Трехуровневая схема

dN2

ρ

B N

[ρ

B w A ]N

0,

0

2

dt

Н 02

Н

20 21

20

dN

1

w21N2

w10 N1 0,

dt

N0 N1 N2 N.

lim N0

lim N2

w10

N ,

2w10

w21

í

í

	lim N1	w21	N.
		2w10 w21
	í

58 Пороговые плотности накачки

Пороговая плотность накачки по инверсии

w (w A )

10 21 20

нB20 (w21 w10 )

Пороговая плотность накачки по генерации

требуется превышение над потерями

Для максимальной инверсии:

w21 велико

(2→1 быстрый)

w10 мало

(Е1 - метастабильный)

В02 велик

(0→2 разрешен) инв

59 Насыщение усиления

w10 не зависит от накачки только без генерации

Вынужденные переходы не только 1→0, но и 0→1

Если ρн растет

инверсия ΔN=N1-N0 растет

усиление растет

60 Виды трехуровневых схем

Каналы накачки и усиления частично разделены

ρн=ρ02

w21=A21+S21.

Виды накачки:

Оптическая – твердотельные лазеры Накачка в газовом разряде – газовые лазеры