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

Проблема очищения нижнего рабочего уровня.

Отметим основные механизмы очищения нижнего рабочего уровня в плазменных лазерах: радиационное, девозбуждение охлажденными свободными электронами, неупругие столкновения с атомами специальных добавок, химическое очищение.

Радиационное очищение (очищение за счет спонтанного испусканий эффективно тогда, когда нижний рабочий уровень расположен достаточно высоко, плазма является не слишком плотной, рабочий объем не очень велик. В противном случае более важен механизм очищения за счет столкновений активных центров с охлажденными свободными электронами. Этот механизм тем эффективнее, чем выше концентрация электронов и чем сильнее они охлаждены. Заметим, что охлаждение электронов необходимо для обеспечения режима рекомбинации (и, как следствие, заселения верхнего рабочего уровня) и для ускорения процесса очищения нижнего рабочего уровня.

Возникновение инверсии за счет электронного девозбуждения происходит, в частности, в том случае, когда уровни активного центра сгруппированы в две группы близкорасположенных уровней и при этом ннжиий уровень в верхней группе является верхним рабочим уровнем, а верхний уровень в нижней группе — нижиим рабочим уровнем (см. рис. 1.47; здесь — рабочие уровни). Дело в том, что вероятность электронного девозбуждения между

Рис. 1.47

уровнями разных групп заметно меньше, чем между близкорасположенными уровнями одной и той же группы. Поэтому столкновения с электронами приводят в пределах каждой группы уровней к преимущественному заселению нижних и очищению верхних уровней (см.стрелки на рисунке). Таким образом создаются условия для образования инверсии между нижним уровнем верхней и верхним уровнем нижней группы даже тогда, когда общая заселенность нижней группы превышает заселенность верхней группы.

Для очищения нижних уровней могут использоваться также неупругие столкновения активных центров (обозначим их через А) с атомами специальных добавок (обссла-чим их через В). На рис. 1.48 показаны переходы, отвечающие различным процессам столкновения (черта со штриховкой — уровень ионизации атома): рис. 1.48, а — резонансная передача возбуждения

рис. 1.48, б — ионизация примесного атома при передче возбуждения (эффект Пеннинга)

(е - электрон; его энергия обозначена на рисунке через ); рис. 1.48, в — резонансная перезарядка

Специально подбирая добавки (примеси), можно обеспъчдаъ преимущественное очищение именно нижних уровней, т. е. реализовать ситуацию, показанную на рис. 1.49, где представлены заселенности рабочих уровней в зависимости от концентрации примеси Видно, что при концентрация примеси, превышающих некоторое значение (значение на рисунке), возникает инверсия заселенностей рабочих уровней.

Эффективное очищение нижних уровней в плазменных лазерах возможно также за счет специальных химических

Рис. 1.48

Рис. 1.49

реакций. Химическое очищение позволяет получать инверсию даже на переходах в основное состояние.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление