КВАНТОВЫЕ УСИЛИТЕЛИ
Усилитель электромагнитных волн, действие которого основано на вынужденном излучении возбужденных атомов (молекул ионов), называется квантовым усилителем (КУ). Эффект усиления в КУ связан с изменением энергии внутриатомных электронов, движение которых подчиняется законам квантовой механики.
Создание КУ потребовало разработки методов получения инверсной заселенности, то есть методов перевода вещества из равновесного в активное состояние (см.п.3.3). Для квантовых усилителей наиболее удобным оказался метод, основанный на использовании трех уровней энергии, который предложили в 1955 году Н.Г. Басов и А.М. Прохоров.
|
. Если вероятность спонтанных переходов между состояниями таковы, что А32>А31 и А32>А21, то за счет безизлучательных переходов W3®W2 атомы будут накапливаться на метастабильном уровне W2, может возникнуть инверсная заселенность: N2> N1.
Переход W2 ® W1 называется рабочим переходом. Усиление света в этой схеме происходит на частоте
которая называется рабочей частотой.
Инверсную разность населенностей (N2>N1), достаточную для создания эффективных квантовых усилителей удается получить только при охлаждении активного вещества до температур ~ 4,2 К (температура кипения жидкого гелия).
В реальном веществе наряду с усилением неизбежны потери, связанные с нерезонансным поглощением, рассеянием излучения и т.п. Для описания суммарных потерь вводится коэффициент потерь b. Формула (3.12) принимает вид
. (3.14)
Если b<aw , то спонтанно испусщенные фотоны частоты w21, распространяясь в инвертированной среде, порождают потоки вторичных фотонов вынужденного излучения разных направлений (рис.3.3). Степень усиления излучения зависит от размеров активной среды вдоль распространения фотонных потоков.
Рис.3.3
Если поток квантов, порожденный одним из первичных фотонов, заставить многократно проходить через активное вещество, то можно превратить квантовый усилитель в квантовый генератор – устройство для генерации когерентного электромагнитного излучения.
Дата добавления: 2015-07-24; просмотров: 865;