Главная > Материалы квантовой электроники
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

1.13 Условие генерации

В результате оптической накачки в среде с зшверслой населенностью образуются фотоны спонтанного излучения в самых различных направлениях. Фотоны, распространяющиеся в направлениях, не совпадающих с осью оптического резонатора, вскоре покидают полость резонатора, тогда как фотоны, двигающиеся вдоль оптической оси резонатора, отражаясь на зеркалах, могут многократно проходить через активную среду. В результате взаимодействия этой группы фотонов с возбужденными атомами возникнут новые фотоны, характеризующиеся тем же значением частоты, фазы излучения и направлением распространения (рис. 1.15). Таким образом, интенсивность излучения внутри резонатора будет нарастать до величины, определяемой усилительными свойствами среды, скоростью накачки и потерями в резонаторе.

Условие порога генерации нетрудно оценить, «сходя из следующей упрощенной схемы возникновения генерации. При отсутствии потерь интенсивность света после двукратного прохождения длины резонатора может быть выражена формулой

где — коэффициент усиления.

Учитывая коэффициенты отражения на зеркалах можно характеризовать увеличение интенсивности множителем Если в результате прохождения потока фотонов через активное вещество интенсивность стала больше исходной то это значит, что в системе происходит генерация электромагнитных колебаний. Следовательно, условие генерации можно сформулировать так:

Введем коэффициент потерь

Рис. 1.15. (см. скан) К процессу усиления потока фотонов в кристалле рубина с хромом: а — невозбужденное состояние; б - воздействие подсветки; в — появление первых возбужденных атомов; г, д - процесс усиления в результате вынужденного излучения.

причем так как то Тогда условие генерации принимает вид

Отсюда следует более простое условие

т. е. при интенсивность излучения, начавшегося со спонтайного перехода, будет быстро возрастать, а при первоначальный

сигнал будет затухать. Поскольку

то это условие преобразуется к виду

или

Полученное выражение (1.110) определяет число активных атомов, которое необходимо для покрытия потерь в квантовой системе, т. е. для работы квантового генератора. Например, в случае трехуровневой системы на рубине, у которого с при длине кристалла мм и концентрации ионов хрома , равной примем Тогда для возникновения генерации необходимо иметь населенность метастабильного уровня, по крайней мере,

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление