Главная > Оптика > Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

Условия реализации стационарной инверсии при оптической накачке.

Начнем с рассмотрения двухуровневой схемы, изображенной на рис. 1.7. Вероятность складывается из двух слагаемых — отвечающего индуцированному испусканию, инициированному излучением накачки, и отвечающего спонтанному испусканию:

(неоптическими переходами пренебрегаем). Стационарные заселенности уровней 1 и 2 обозначим соответственно через (значок «0» означает, что соответствующая величина рассматривается в отсутствие генерации). Полное число активных центров в единице объема обозначим через .

Уравнения баланса для заселенностей уровней имеют вид

Вводя инверсную заселенность получаем

Рис. 1.8

Рис. 1.9

Используя далее (1.2.4) и (1.2.3) (с очевидной заменой преобразуем (1.2.5) к виду

Введем так называемую скорость накачки определяемую как вероятность поступления активных центров на верхний рабочий уровень. В данном случае Используя перепишем результат (1.2.6):

На рис. 1.8 показана определяемая формулой (1.2.7) зависимость от . Легко видеть, что, какова бы ни была скорость накачки, величина остается отрицательной, т. е. инверсия не реализуется. Это означает, что при оптической накачке двухуровневые схемы не годятся.

Обратимся к трехуровневой схеме, показанной на рис. 1.9. Здесь 1—3 — канал возбуждения, а 1-2 - канал генерации. Уравнения баланса для заселенностей уровней имеют в данном случае вид

Решая систему (1.2.8), получаем

где D — определитель рассматриваемой системы уравнений.

Рис. 1.10

Отсюда следует, что

Скорость накачки для рассматриваемой схемы уровней может быть представлена в виде

Используя (1.2.11), перепишем (1.2.10):

На рис. 1.10 показана определяемая формулой (1.2.12) зависимость от На рисунке изображены две кривые; штриховая отвечает частному случаю, когда . Легко видеть, что в трехуровневой схеме стационарная инверсия может быть реализована. Для этого необходимо выполнение условия

или, иначе,

Величину называют пороговой по инверсии скоростью накачки. Чем меньше тем ниже порог инверсии. 1

При использовании трехуровневой схемы, для которой выполняется неравенство

достигается снижение величины , кроме того, возрастает предельное значение отношения

Напрашивается вывод, что выгодно использовать схемы, для которых величина как можно более низка. Однако такой вывод неверен; оказывается, что чрезмерное уменьшение нерационально. Этот вопрос будет обсуждаться в § 2.1.

Рис. 1.11

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление