Aktif lazer ortamı - Active laser medium

Aktif lazer ortamı (ayrıca kazanç ortamı ya da aktif ortamının ) optik kaynağı olan kazancı bir mesafede olan lazer . Kazanç, daha önce bir pompa kaynağı tarafından doldurulan daha yüksek bir enerji durumundan daha düşük bir enerji durumuna elektronik veya moleküler geçişler yoluyla uyarılmış foton emisyonundan kaynaklanır .

Aktif lazer ortamı örnekleri şunları içerir:

Bir lazeri ateşlemek için, aktif kazanç ortamının, popülasyon inversiyonu olarak bilinen termal olmayan bir enerji dağılımında olması gerekir . Bu durumun hazırlanması, harici bir enerji kaynağı gerektirir ve lazer pompalama olarak bilinir . Pompalama, elektrik akımları (örneğin, yarı iletkenler veya yüksek voltajlı deşarjlar yoluyla gazlar ) veya deşarj lambaları veya diğer lazerler ( yarı iletken lazerler ) tarafından üretilen ışık ile gerçekleştirilebilir . Daha egzotik kazanç ortamı, kimyasal reaksiyonlar , nükleer fisyon veya yüksek enerjili elektron ışınları ile pompalanabilir .

Kazanç ortamı modeli örneği

Şekil 1. Seviyelerin basitleştirilmiş şeması bir kazanç ortamı


Gerçek sistemlerdeki en basit optik kazanç modeli, enerjisel olarak iyi ayrılmış iki alt seviye grubunu içerir. Her alt seviye grubu içinde hızlı geçişler, termal dengeye hızlı bir şekilde ulaşılmasını sağlar. (şek.1) . Kazanç için gerekli olan üst ve alt gruplar arasındaki uyarılmış emisyonlar, üst seviyelerin karşılık gelen alt seviyelerden daha fazla nüfusa sahip olmasını gerektirir. Bu, iki grup arasındaki uyarılmamış geçiş oranları yavaşsa, yani üst seviyeler yarı kararlıysa daha kolay elde edilir . Popülasyon inversiyonları, düşük sıcaklıklar veya iyi enerjik olarak bölünmüş gruplar gerektiren, yalnızca en düşük alt seviyeler işgal edildiğinde daha kolay üretilir.

Optik sinyallerin amplifikasyonu durumunda , kalıcı frekansa sinyal frekansı denir . Sinyalin amplifikasyonu için gereken harici olarak sağlanan enerji optik ise, mutlaka aynı veya daha yüksek pompa frekansında olacaktır.

kesitler

Basit bir ortam ile karakterize edilebilir etkin kesitlere ait absorpsiyon ve emisyon frekanslarda ve .

  • Mü katı hal lazerleri aktif merkezlerin konsantrasyonu olacak.
  • Temel durumda aktif merkezlerin konsantrasyonu olmalıdır.
  • Mü heyecanlı merkezlerin konsantrasyonu olacak.
  • sahip .

Göreceli konsantrasyonlar ve olarak tanımlanabilir .

Uyarılmış duruma temel durumdan bir aktif merkezi geçiş oranı ile ifade edilebilir ve

Geçiş oranı taban durumuna geri ile ifade edilebilir burada, ve vardır etkili çapraz kesitleri sinyal ve pompanın frekanslarda emme.

ve uyarılmış emisyon için aynıdır;

üst seviyenin kendiliğinden bozulma oranıdır.

Daha sonra, göreli popülasyonlar için kinetik denklem aşağıdaki gibi yazılabilir:

,

Ancak bu denklemler tutar .

Pompa frekansındaki absorpsiyon ve sinyal frekansındaki kazanç aşağıdaki gibi yazılabilir:

, .

Kararlı hal çözümü

Birçok durumda kazanç ortamı sürekli dalga veya yarı sürekli rejimde çalışarak popülasyonların zaman türevlerinin ihmal edilebilir olmasına neden olur .

Kararlı hal çözümü şu şekilde yazılabilir:

,

Dinamik doygunluk yoğunlukları tanımlanabilir:

, .

Güçlü sinyalde absorpsiyon: .

Kuvvetli pompada kazanç: , burada kesitin belirleyicisi.

Kazanç asla değeri aşmaz ve emilim asla değeri aşmaz .

Verilen yoğunluklarda , pompa ve sinyal, kazanç ve absorpsiyon aşağıdaki gibi ifade edilebilir:

, ,

nerede , , , .

kimlikler

Aşağıdaki kimlikler yer alır: ,

Kazanç ortamının durumu, üst seviyenin popülasyonu, kazanç veya absorpsiyon gibi tek bir parametre ile karakterize edilebilir.

Kazanç ortamının verimliliği

Bir kazanç ortamının verimliliği şu şekilde tanımlanabilir .

Aynı model içerisinde verimlilik şu şekilde ifade edilebilir: .

Verimli çalışma için hem yoğunluklar, hem pompa hem de sinyal doyma yoğunluklarını aşmalıdır; , ve .

Yukarıdaki tahminler, pompa ve sinyal ışığı ile homojen olarak doldurulmuş bir ortam için geçerlidir. Mekansal delik yakma , bazı bölgeler iyi pompalandığından verimliliği biraz azaltabilir, ancak pompa, karşı yayılan dalgaların girişim düğümlerindeki sinyal tarafından verimli bir şekilde geri çekilmez.

Ayrıca bakınız

Referanslar ve notlar

  1. ^ Hecht, Jeff. Lazer Rehberi: İkinci Baskı. McGraw-Hill, 1992. (Bölüm 22)
  2. ^ Hecht, Bölüm 22
  3. ^ Hecht, Bölüm 7-15
  4. ^ Hecht, Bölüm 18-21
  5. ^ FJ Duarte ve LW Hillman (Eds.), Dye Laser Principles (Academic, New York, 1990).
  6. ^ FP Schäfer (Ed.), Dye Lasers , 2. Baskı (Springer-Verlag, Berlin, 1990).
  7. ^ McArthur, DA; Tollefsrud, PB (15 Şubat 1975). "Sadece fisyon parçaları tarafından uyarılan CO gazında lazer etkisinin gözlemlenmesi" . Uygulamalı Fizik Harfleri . 26 (4): 187–190. doi : 10.1063/1.88110 .
  8. ^ Lazer fiziği ve teknolojisi ansiklopedisi
  9. ^ D.Kouznetsov; JFBisson; K.Takaichi; K.Ueda (2005). "Kısa geniş kararsız boşluklu tek modlu katı hal lazeri". JOSA B . 22 (8): 1605-1619. Bibcode : 2005JOSAB..22.1605K . doi : 10.1364/JOSAB.22.001605 .
  • [1] A.saharn Lasing eylemi
  • [2] Çevrimiçi Fizik Ansiklopedisi [Rusça]

Dış bağlantılar