inversiune populației - studopediya

De obicei, la temperaturi ambiante Nn <

amplificarea luminii poate fi obținută prin emisie stimulată prevalează asupra absorbției. Pentru a face acest lucru, aveți nevoie pentru a crea un mediu cu așa-numita inversare a populației. Acest lucru înseamnă că Nn (număr de atomi de la un nivel superior) trebuie să fie mai mare Nm (număr în mai mic de atomi de nivel) - Fig. 35.4. Apoi, un foton cu frecvența n = (Wn-Wm) / h, care interacționează cu atomii excitați vor iniția tranzițiile Wn®Wm stimulate. Ca urmare, numărul de evenimente de radiații (tranziții Wn®Wm) vor prevala asupra numărului de absorbții (tranziții Wm®Wn), prin care se produce amplificarea luminii. Legea Bugera, în acest caz, k<0 и I>I0 (Fig. 35.3).

Un mediu cu o populație inversată formal este caracterizată prin temperatura absolută negativă. De fapt, de la (35,1) în Nn / Nm> 1 ar trebui să fie

deoarece Wn-Wm> 0 și ln (Nn / Nm)> 0. Acest rezultat paradoxal este cauzată de faptul că temperatura conceptului se aplică sistemelor în echilibru termodinamic. Miercuri, de asemenea, cu populație nu este în mod clar inversat în echilibru.

Ideea lui Einstein de emisie stimulată este în centrul de lasere (Light Amplification prin stimulatå emisie de radiații - amplificarea luminii prin emisie stimulată). De multe ori folosit un alt nume pentru Laser - generatoare cuantice optice (lasere). amplificatoare de radiații care funcționează în intervalul centimetru sunt denumite lasere (cu microunde Amplification de Stimulat de emisie de radiație).

Prima maserul a fost înființat în 1953 NG NG Basov și Prokhorov și independent de Townes. In 1960, a fost creat primul laser (T. Maiman), care a fost un cilindru de corp de lucru rubin roz. Diametrul tijei de ordinul a 1 cm, lungime - aproximativ 6 cm tijă a fost plasată în interiorul rezonator .. constituind două oglinzi plane paralele. Una dintre oglinzile rezonatorului au avut un grad de reflexie egal cu unitatea, iar al doilea

Ruby cristal - este oxid de aluminiu (Al2 O3) cu o mică cantitate de crom (Cr +++). Schema nivelul de energie al ionului de crom este prezentat în Fig. 35.5, o, o diagramă schematică a unui laser cu rubin - în Fig. 35.5 b.

Laserul rubin este pulsată. Inițial, cristalul de rubin este iluminată de un puls de lumină puternică de la o lampă cu xenon, care acționează ca o lampă pompă. Majoritatea ionilor de crom într-un S stare excitată (în figura 35.5, dar -. Junction 1®2). Procesul de comunicare a fluidului de lucru pentru a transfera energia atomilor în stare excitată se numește pompare.

Nivelul Excited S este prezentată în Fig. 35.5, și banda, deoarece reprezintă de fapt un set de niveluri excitate strâns distanțate. Durata de viață a unui atom în stare S este foarte mic

10 -8 s. În acest timp, veniturile crom ioni pe nivelul metastabil M (tranziție 2®3) și reținute pe acesta la momentul respectiv

10 -3 s. Lungă durată de viață a ionilor de crom la M (10 5 ori mai mare decât la nivelul S) determină acumularea de ioni de crom în acest nivel (creează un mediu cu populație inversată).

Apoi, procesul progresează după cum urmează. Unii ion spontan (spontan) emite un foton si trece in starea de sol (tranziție 3®1 în Fig. 35.5, a). Dacă fotonul se deplasează la un unghi față de axa cristalului, acesta nu va provoca generarea și se lasă limitele fluidului de lucru. Dacă fotonul se deplasează într-o direcție a unei axe de cristal, acesta traversează în mod repetat, o cale P2 P1. egală cu distanța dintre oglinzi rezonator. În cazul în care n - numărul de reflecții de la una dintre oglinzi, calea optică a foton este crescut la n ori. Acesta este rolul rezonatorului: datorită trecerea repetată a căii fotonului P1 P2 crește numărul întâlnirilor sale cu ionii și, astfel, crește numărul de regulamente de emisie stimulate. fotonii secundare sunt imposibil de distins de primar ( „semințe“) a unui foton și, de asemenea, în mod repetat, traversa o cale P1 P2. Aceasta are loc procesul de avalanșă crește numărul de fotoni. Atunci când are loc această golire simultan nivelul de energie T. Diversele etape de formare a unui puls laser prezentat în Fig. 35.5: B - etapa inițială - apariția unui foton se deplasează de-a lungul axei cristalului de rubin; în - generarea și dezvoltarea g - apariție a impulsului laser. Pulsul cu laser are loc în detrimentul S2 oglinzii iluminare. atunci când energia luminii care umple cavitatea atinge o anumită valoare critică. Apoi, din nou, există o pompare lampă flash, iar procesul se repetă cu o frecvență de mai multe impulsuri pe minut.

Până în prezent, în plus față de puls, dezvoltat, de asemenea, lasere continue - un gaz și lasere semiconductoare. Primul laser cu gaz a fost construit de Giovanni A. în 1961, într-un amestec de neon și heliu. inversare a populației este menținută în mod continuu printr-o descărcare de gaz. Pomparea se desfășoară în două etape: 1) electronii generați în evacuarea excită atomii de heliu; 2) ciocnirea atomilor de heliu și neon în direcția He®Ne de transfer de energie. Rezultatul este o inversare a populației a nivelurilor de energie de neon. În procesul de tranzițiilor stimulate la atomii de stat la sol sunt neon lumina laser cu o lungime de undă dată l = 632,8 nm.

radiația laser are astfel de proprietăți caracteristice: coerență; strict monocromatica; foarte mică divergență a fasciculului de lumină; mai multă putere.

Aceste proprietăți determină utilizarea pe scară largă cu laser de lasere în știință și tehnologie. Neputând vorbi despre toate tipurile de aplicații cu laser, ne limităm la utilizarea lor pe Marina.

1. Laser giroscoape (a se vedea § 25.5.), Care au un număr de avantaje față de giroscoape rotative: sensibilitate ridicată (

10 3 grade / oră), inertialess, insensibil la accelerație liniară. Utilizarea lor în practica de navigație este constrânsă de servicii limitate pe termen lung cu laser, dificultăți de calibrare de instrumente, necesitatea de a dota unitatea de lângă sistemele auxiliare.

2. telemetre puls sau fază, făcând posibilă determinarea distanței obiectului cu o precizie de pana la 5 cm, și radare Doppler, care măsoară viteza obiectelor în mișcare. De exemplu, pe bază de radar Doppler cu laser HeNe oferă o măsură a vitezei corpurilor în mișcare în intervalul de la 0,6 m / s la 8 km / s.

3. aligner laser, care sunt utilizate pentru pilotajului în apele înguste și în condiții de vizibilitate redusă.

4. Metoda de determinare a distanței adâncimea mării, bazată pe detectarea timpului de întârziere a impulsului cu laser reflectată de pe fundul mării, în ceea ce privește pulsul reflectată de suprafața mării.

5. Ulei de locație la distanță Picături pe suprafața mării prin înregistrarea luminiscență ulei excitate de radiații cu laser.