Вынужденное излучение. Лазеры

ВЫНУЖДЕННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. ЛАЗЕРЫ [c.87]

В условиях термодинамического равновесия заселенность нижних уровней больше, чем верхних, т.е. N1 > N2, а значит Д V(v)> 0. Однако, если создать искусственно инверсную заселенность верхних уровней так, что М2> 1, то вместо поглощения волны в такой среде будет происходить ее усиление. Среда с инверсной заселенностью энергетических уровней называется активной. Создание такой среды является первым условием работы лазера. Второе условие работы лазера связано с необходимостью обратной связи между светом и излучающими атомами. Для этого рабочее вещество помещают между двумя зеркалами так, что часть излучаемой световой энергии все время остается внутри его, вызывая вынужденное излучение все новыми и новыми атомами. Одно из зеркал выполняют полупрозрачным, и через него выходит генерируемый пучок. Наконец, третье условие работы лазера заключается в том, что усиление излучения в рабочем веществе должно быть больше некоторого порогового значения, зависящего от коэффициента отражения полупрозрачного зеркала. [c.97]

Лазеры, вынужденное излучение и инверсия заселенности [c.141]

Работа лазеров основана на получении вынужденного излучения от возбужденной системы, а не на спонтанном излучении, которое мы рассматривали до этого. Чистое вынужденное излучение наблюдается только в системах, где заселенность возбужденного состояния больше, чем основного состояния, — ситуация, называемая инверсией заселенности (см. разд. 2.3). Наша основная цель здесь — описать способы достижения инверсии, но сначала мы должны понять основные принципы действия лазера. [c.141]

Теперь мы вернемся к рассмотрению методов, благодаря которым достигается инверсия заселенности в некоторых типах лазеров, имеющих практическое значение. В этих механизмах важную роль играют процессы внутри- и межмолекулярного переноса энергии. Тепловое возбуждение не может, по определению, привести к инверсии в равновесной системе. Прямое поглощение света не может дать инверсию в простой двухуровневой системе, потому что падающее ( накачивающее ) излучение будет не только возбуждать нижнее состояние в верхнее, но и инициировать вынужденное излучение из верхнего состояния, вызывая уменьшение его заселенности. Однако для получения инверсии заселенности и, следовательно, лазерного действия может быть использована трехуровневая система. На рис. [c.142]

Мы не можем заниматься выводом соотношения между Атп и Втп(=Впт), по просто отметим, что вынужденное излучение представляет собой основу действия лазеров и важно для ЯМР и других видов спектроскопии. [c.558]

Создание лазеров с плавной перестройкой длины волны излучения (лазеров на красителях) обусловило качественный скачок в развитии метода АФС. В этом случае источник света обладает настолько высокой интенсивностью излучения, что процесс излучательного перехода (флуоресценции) становится не спонтанным, а вынужденным, т. е. индуцированным падающим излучением лазера. По мере возрастания интенсивности возбуждающего излучения рост интенсивности флуоресцентного излучения замедляется, а затем и вовсе прекращается, т. е. интенсивность флуоресценции достигает своего максимального значения, величина которого прямо пропорциональна концентрации атомов определяемого элемента в аналитической зоне. Именно данный режим насыщенной флуоресценции является рабочим в лазерном варианте АФС. [c.852]

Остановимся более подробно на классе задач, характеризуемом сильной уровневой неравновесностью, приводящей в ряде случаев к эффекту инверсии населенностей и усилению вынужденного излучения. Будем называть этот класс задач задачами лазерной газодинамики. На возможность существования эффекта инверсии населенностей при быстром расширении или нагревании газа было указано впервые в работах [40, 41]. В связи с созданием газодинамических лазеров (ГДЛ) на основе СОг проводились подробные исследования сверхзвуковых течений смесей многоатомных газов в соплах [42]. Однако и другие газодинамические течения обладают лазерными свойствами. Так, было показано, что эффект инверсии населенностей имеет место за ударными волнами [43, 45], в ударных и энтропийных слоях при обтекании тел [44, 45], в течениях расширения Прандтля — Майера при развороте потока около обтекаемых тел [45], в нестационарных течениях сжатия [45] и расширения за взрывными волнами [46]. [c.123]

Рассмотрим принцип работы лазера несколько подробнее. Мы уже говорили о том, что молекула в электронно-возбужденном состоянии 2 неустойчива и может спонтанно возвращаться в основное состояние, излучая фотон Попадание излученного фотона hv в другую молекулу, находящуюся в возбужденном состоянии стимулирует излучение этой молекулой еще одного фотона с энергией /IV (рис. 66). Важно то, что фотон, порожденный такого рода стимулированным вынужденным) излучением, находится в фазе с тем фотоном, который стимулировал излучение. Если существует точная корреляция между фазами монохроматического света при двух выбранных точках в данной световой волне, т. е. если можно [c.297]

Таким образом, лазер представляет собой источник света, в котором генерируется (рождается) и усиливается индуцированное (вынужденное) излучение атомов или молекул. Процесс вынужден- [c.101]

Активное вещество может быть твердым, жидким и газообразным. Для осуществления вынужденного излучения в веществе наиболее выгодно, чтобы в нем было как можно больще возбужденных до определенного уровня атомов (молекул). Поэтому в веществе, используемом в лазере, специально создается так называемая инверсная заселенность уровней, при которой на более высоком энергетическом уровне оказывается повыщенная концентрация атомов, по сравнению с уровнем, лежащим ниже. Благодаря такому распределению атомов вынужденное излучение преобладает над поглощением. [c.102]

Стимулированное (индуцированное, вынужденное) излучение, в отличие от люминесценции, имеет ту же длину волны и то же направление, что и падающее излучение и согласовано с ним по фазе, т. е. оно когерентно. Люминесцентное излучение переходит в когерентное лишь после того как возбуждающее излучение превысит определенную пороговую энергию (порог) [33]. Соответствующие генерирующие установки, названные оптическими квантовыми генераторами (ОКГ) или лазерами, приобрели в настоящее время важнейшее практическое значение. Перспективным материалом для лазерных резонаторов является стекло, содержащее некоторые люминесцирующие ионы. [c.25]

Анализ соотношения (1.30) показывает, что при обычных условиях (малые интенсивности облучения Mv) вероятность fai практически полностью определяется процессами спонтанного испускания. Вместе с тем в мощных электромагнитных полях вероятность вынужденного излучения может стать не только соизмеримой, но и существенно превосходящей величину Azi. В последнем случае в системе преобладают процессы вынужденного испускания, что имеет место, например, в оптических квантовых генераторах (лазерах). [c.19]

Не всякий лазер излучает монохроматический свет. Некоторые из них выдают целую гребенку близко расположенных спектральных линий, составляющих в сумме довольно обширную полосу. Сама по себе генерация луча выполняется при этом обычным способом ). Газообразное рабочее вещество в кювете длиной несколько десятков сантиметров помещают между двумя параллельными зеркалами, одно из которых полупрозрачно, и накачивают его с помощью импульсной лампы или второго лазера. После этого между зеркалами начинает метаться постепенно набирающий мощь поток вынужденного излучения, который в конце концов прорывается сквозь полупрозрачное зеркало в виде узкого пучка — лазерного луча. [c.133]

Повышения интенсивности рассеянного света можно добиться с помощью достаточно интенсивных световых потоков или мощных лазеров. Качество регистрации рассеянных квантов можно повысить, имея совершенное оптическое и электронное оборудование. Применение лазеров стимулировало развитие этой, уже ставшей классической, области спектроскопии. Лазеры не только повысили чувствительность спектроскопии обычного (спонтанного) комбинационного рассеяния, но и стимулировали развитие новых методов, основанных на вынужденном, например на антистоксовом, комбинационном рассеянии, носящем название когерентного антистоксового рассеяния света (КАРС) или, в частности, резонансного комбинационного рассеяния (РКР). При возрастании интенсивности падающего лазерного излучения становится значительной интенсивность рассеянного стоксового излучения. В этих условиях происходит взаимодействие молекул одновременно с двумя электромагнитными волнами лазерной vл и стоксовой V т = Vл — v , связанных между собой через молекулярные колебания с VI,. Такая связь (энергетическая) между излучением накачки и стоксовой (или антистоксовой) волной может привести к интенсивному поляризованному излучению на комбинационных частотах, другими словами— к вынужденному комбинационному рассеянию. Причем в этих условиях оказывается заметной доля молекул, находящихся в возбужденном колебательном состоянии, и в результате на частотах Гл + VI, возникает интенсивное антистоксово излучение. [c.772]

Лендьел Б. ЛАЗЕРЫ. ГЕНЕРАЦИЯ СВЕТА С ПОМОЩЬЮ ВЫНУЖДЕННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. Пер. с англ. —М. Мир, 1964. [c.335]

Использование лазеров в качестве источников возбуждения имеет то важное следствие, что обычное уравнение переноса фотонов (закон Бера) строго справедливо в пределах нулевого потока падающего света п поэтому оно точно выполняется лишь для малоинтенспвных источников света. Высокая плотность излучения лазера, сфокусированного на атомный пар, может вызвать полное перераспределение населенности уровней, участвующих в процессе поглощения, до такой степени, когда уже больше не будет происходить поглощения, т. е. коэффициент поглощения уменьшится до пуля, когда будет достигнуто равновесие вынужденного испускания с поглощением. Такой эффект обычно называют насыщением оптического перехода [16—21]. В этом случае сигнал флуоресценции уже больше не будет пропорционален плотности падающего излучения источника и достигает своего предельного значения, определяемого свойствами атомной системы. [c.202]

Если затухание не чисто экспоненциальное (например, в случае каскадных переходов или флуоресценции с нескольких уровней, которые имеют различные времена жизни, не слнилком отличающиеся друг от друга), для выделения различных вкладов в сигнал полной флуоресценции измерения необходимо проводить на различных частотах модуляции. Если модуляция интенсивности возбуждающего излучения не строго синусоидальная, то следует выполнить фурье-анализ сигнала флуоресценции или с помощью вычислительных машин, или посредством электронной фильтрации первой гармоники в измерительной системе. Недостатком метода фазового сдвига, особенно в связи с высокой интенс1шностью излучения лазеров, используемых в качестве источников возбуждения, является возмущение молекул лазерным полем, что может влиять на фазовый сдвиг вынужденного испускания и давать ложное время жизни спонтанного испускания [190]. [c.294]

Этим люминесценция отличается от вынужденного (индуцированного) излучения, получаемого в оптических квантовых генераторах (лазерах). Вынужденное излучение (ему также отвечает переход 3 на рис. 1) происходит под действием света, частота которого отвечает расстоянию между основным и воз-бужденнььм уровнями. Обычно такой свет вызывает преимущественно переход электронов в возбужденное состояние, т. е. поглощается. Но при создании так называемой инверсной заселенности , когда специальными мерами ( накачкой ) на возбужденный уровень переводится большая часть электронов (для этого время жизни их на таком уровне должно быть достаточно велико), вероятность обратного перехода под действием фотонов оказывается больше вероятности поглощения, и происходит одновременное испускание света всеми излучателями. Вследствие этого индуцированное излучение когерентно. Напротив, люминесценция является спонтанным некогерентным излучением. [c.6]

Общая мощность, излучаемая элементом светящегося объекта, складывается из мощности спонтанного и вынужденного излучений. Хотя теоретически это было известно достаточно давно, практически вынужденное излучение впервые было реализовано в классических работах Басова и Прохорова [19], а также Шовлова и Тоунса [20], приведших к созданию лазеров, в излучении которых вынужденное испускание играет основную роль. [c.11]

При гиперкомбинационном рассеянии два кванта падающего излучения лазера приводят к двухфотонному поглощению, и линии КР появляются при частотах /г(2уо v m ) вынужденное и инверсное КР связаны с наличием вынужденных поглощения и излучения. Процесс двухфотонного поглощения и спектры вынужденного [c.151]

Ф. В. Карпушко, А. С. Рубанов. Программное управление спектром излучения частотного рубинового лазера. Тезисы докладов конференции Физические основы управления частотой вынужденного излучения . Киев, 1972, стр. 64 (АН УССР, Ин-т физики). [c.240]

Еще в 1917 г. А.Эйнштейн выдвинул гипотезу о существовании не только спонтанных, но и вынужденных (стимулированных или индуцированных) переходов в атомах, сопровождающихся излучением. Попытка обнаружения стимулированного излучения в газовом разряде была предпринята Р.Ландебурном в 30-е годы, а в 1М0 г. В.А.Фабрикант сформулировал необходимые для этого условия. После второй мировой войны многие физики вернулись в лзбор атории, привнеся в работу опыт, полученный с радиолокационной техникой СВЧ. Одним из таких физиков, занявшихся СВЧ-спектроскопией, — как пишет Дж. Пирс [7], — был Чарльз Таунс. .. В 1951 г., сидя на парковой скамейке в Вашингтоне перед деловой встречей, Таунс впервые представил себе принцип, на котором сейчас базируется действие лазера . В 1954 г., почти одновременно, Н.Г. Басовым и А.М. Прохоровым в СССР (в Физическом институте им. П.Н. Лебедева) и Ч. Таунсом с сотрудниками в США (в Колумбийском университете) был создан первый молекулярный генератор на аммиаке, излучающий радиоволны с длиной волны около 1 см. Эта работа была отмечена Нобелевской премией. В 1960 г. Т. Мейман (фирма Хьюз , США) создал первый в мире рубиновый оптический квантовый генератор. Дальнейшее развитие квантовой электроники и нелинейной оптики — результат работы многих отечественных и зарубежных ученых [8]. [c.96]

Использование перестраиваемых лазеров увеличивает возможности метода КРС, однако интенсивность излучения все равно остается значительно ниже интенсивности возбуждающего света. Если интенсивность возбуждающего света возрастает, то при некотором значении возникает так называемое вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР). Интенсивности вынужденного стоксова и антистоксова излучений могут быть сравнимы с интенсивностью волны накачки. Этот метод наиболее эффективен в газовой фазе при использовании фемтосекундных импульсов света. [c.124]

Как известно, лазер (оптический квантовый генератор) генерирует когерентные элекгромагнитные волны. Его действие основано на вынужденном испускании фотонов под влиянием внешнего электромагнитного поля. Для этого в рабочем теле (например, газе) источника излучения создают такую инверсную заселенность частиц в возбужденном состоянии с энергией Е2, чтобы число возбужденных частиц превышало число невозбужденных с энергией Е. Тогда при прохождении через среду электромагнитной волны с частотой са = ( - Е )кЬ /2т1 интенсивность ее будет нарастать за счет актов индуцированного испускания света возбужденными частицами. Усиление электромагнитной волны за счет вынужденного испускания приводит к экспоненциальному росту ее интенсивности I по мере прохождения пути z [c.433]

Оптические квантовые генераторы (лазеры) представляют собой источники света, работающие на базе процесса вынужденного (стимулированного, индуцированного) испускания фотонов возбужденными атомами или молекулами под воздействием фотонов излучения, имеющих ту же частоту. Отличительной чертой этого процесса является то, что фотон, возникающий при вынужденном испускании, идентичен вызвавшему его появление внешнему фотону по частоте, фазе, направлению и поляризации. Это определяет уникальные свойства квантовых генераторов высокая когерентность излучения в пространстве и во времени, высокая монохроматич- [c.226]

Смотреть страницы где упоминается термин Вынужденное излучение. Лазеры: [c.96] [c.142] [c.561] [c.569] [c.165] [c.558] [c.165] [c.450] [c.98] [c.114] [c.121] [c.672] [c.162] [c.315] [c.102] [c.203] [c.16] [c.69] [c.352] [c.158] [c.85] [c.688]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология