Четырехуровневая система работы лазеров

вкл. .

Процесс четырехуровневой системы Майхона может быть использован для запуска (без внешнего источника инициирующих усиление фотонов!) непосредственно самой лазерной генерации. Для этого нужно только выбрать (прежде всего — по направлению) одну из групп фотонов и создать для нее определенные преимущества по отношению ко всем остальным.

Тогда в результате конкуренции именно эта выделенная группа и будет определять результирующие характеристики излучения. В физике хорошо известны методы подобной селекции, построенные на основе систем с обратной связью. Применительно к лазерам реализация обратной связи осуществляется резонатором. Рассмотрим принцип его действия на примере наиболее простого резонатора Фабри-Перо.

Такой резонатор представляет собой два плоско параллельных полупрозрачных зеркала и М, с коэффициентами отражения R t и R2, расположенных перпендикулярно оси резонатора на расстоянии /, друг от друга. Между зеркалами вдоль оси резонатора располагается активная среда длиной l, в которой gод действием накачки может быть создана инверсия населенности, обеспечивающая усиление проходящего излучения в определенном диапазоне частот.

На первый взгляд, цель введения зеркал совершенно понятна — заставить излучение проходить через активную среду многократно для получения более значительного усиления. Однако не все так просто, но не сложнее доказательства формулы Герона. В результате полного обхода резонатора интенсивность излучения, вообще говоря, изменяется. Если она становится больше исходной величины, то при каждом последовательном процессе интенсивность излучения увеличивается-получим генерацию.

На практике для многих типов лазеров применяют так называемые высокодобротные резонаторы, для которых одно из зеркал вообще обладает полным отражением (R = 1), а коэффициент пропускания второго составляет несколько процентов, т. е. R = 0,95 /0 ,98. Благодаря этому лазерное излучение вырывается из резонатора наружу в виде лазерного луча.

Для трехуровневой схемы даже с метастабильным верхним рабочим уровнем критическая мощность накачки остается достаточно значительной величиной вследствие того, что нижним уровнем является основной, существенное обеднение которого требует значительных энергозатрат. Поэтому вполне логичным выглядит переход к четырехуровневой схеме, в которой нижний рабочий уровень 4 спектрально (энергетически) отделен от основного состояния.

 

Оставь комментарий первым