Инверсная заселенность

Необходимым условием для действия лазера является наличие инверсной заселенности энергетических уровней, т. е. [c.167]

При помощи оптической Накачки (рис. 209, а), которая обычно осуществляется с помощью ксеноновой лампы-вспышки (длительность импульса —10 с), возникает инверсная заселенность уровней по отношению к уровню Mg. Переходам с уровня на Ма соответствуют две красные линии Ri и 7 а- Вероятность этих переходов мала и поэтому при спонтанном свечении указанные линии слабы. [c.522]

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]

Ангармонизм колебаний и перераспределение энергии между разл. степенями свободы при соударениях молекул приводят к ограничению направленности действия источника возбуждения системы. Для достижения наиб, выхода продукта при минимуме затрат энергии нужно, как правило, возбуждать не одну, а неск. определенных колебат. степеней свободы, причем не обязательно оптически разрешенных. Это позволяет управлять хим. р-циями их скоростью, составом продукта и др. Подобные задачи решаются, в частности, в плазмохимии, фотохимии, радиационной химии, лазерной химии. Первичные продукты внеш. воздействия-сильно неравновесные по хим. составу и степени возбуждения частицы - могут, взаимодействуя, приводить к образованию больших концентраций др. возбужденных частиц, в т. ч. с инверсной заселенностью, что является необходимым условием для генерирования лазерного излучения (см. Лазеры химические). [c.219]

Отличительной особенностью газовых лазеров является то, что в них вещество имеет малую плотность, поэтому возможность его разрушения исключена. Возбуждение газов происходит в результате упругих и неупругих столкновений, ионизации и рекомбинации, диссоциации, химических реакций и других процессов. Это приводит к разнообразным методам создания инверсной заселенности (электрический разряд, оптическая накачка, химические реакции и др.). [c.99]

Конструкция лазеров на органических красителях отличается от конструкции газовых и твердотельных лазеров. Активное вещество представляет собой органический растворитель (метиловый спирт), в котором растворено небольшое количество красителя, например родамина. Из основного энергетического состояния молекулы вещества после облучения попадают в возбужденное, имеющее вид широкой полосы, содержащей множество колебательных и вращательных уровней. После этого перехода молекулы красителя за очень короткое время совершают безызлучательный переход с выделением тепла на самые нижние уровни этого возбужденного состояния. Таким образом достигается инверсная заселенность между нижними уровнями возбужденного и верхними невозбужденного состояний. [c.100]

Инверсную заселенность можно получить также в химических реакциях, в которых продукты реакции находятся в возбужденном состоянии. В химическом лазере энергия лазерного излучения создается в результате химической реакции. Например, струю газа, содержащего атомы фтора, можно смешать с дейтерием (или водородом) и двуокисью углерода, вызывающей цепную реакцию, в которой образуется колебательно-возбужденный фтористый дейтерий (или фтористый водород). Колебательно-вращательная энергия возбужденной молекулы DF накачивается на верхний уровень лазера на СОг с помощью межмолекулярного процесса переноса энергии. Получающийся таким образом лазер на СО2 непрерывного действия с длиной волны 10,6 мкм может полностью обеспечиваться химическими источниками, если атомы фтора образуются по реакции типа [c.558]

На рис. 5.4 показаны основные части лазерной системы. Лазерная среда, содержащая возбужденные частицы с инверсной заселенностью, имеет форму цилиндра или заполняет цилиндрическую трубку. Среда помещается в оптический резонатор, на одном конце которого обычно находится полностью отражающее глухое зеркало, а па другом — частично прозрачная пластинка, пропускающая некоторое количество све- [c.141]

Принципы действия лазера описаны в разд, 5.7. Там упомянуто несколько способов, которыми достигаются инверсные заселенности в важных типах лазеров. Некоторые лазеры работают в непрерывном режиме, другие — в импульсном, часть— в обоих режимах. Данные о ряде рассматриваемых лазеров сведены в табл. 7.2. [c.182]

Осветим теперь такую систему с инверсной заселенностью излучением частоты = (ба — Тем самым будем стиму- [c.436]

Гелиево-неоновый лазер имеет оранжево-красное излучение при длине волны 6329 А с выходной мощностью порядка нескольких милливатт. Пропускание лазерного излучения имеет место между энергетическими уровнями неона, гелий же используется для оптической накачки неона и создания инверсной заселенности. При пропускании через гелий электрического тока его атомы переходят в возбужденные состояния в результате столкновения со свободными электронами и затем ступенчато спускаются на соответствующие энергетические уровни. Те атомы, которые попадают на уровни 2 5 и 2 s, остаются там в течение длительного времени. Постепенно атомы собираются на тех уровнях, заселенность которых достаточно высока. При столкновении возбужденного атома гелия с невозбужденным атомом неона возбуждение переносится на последний. Две другие линии наблюдаются при 3,39 и 1,15 мкм (рис. 10.22). [c.168]

ЛИЯ В распределении интенсивности в четырех линиях (рис. 29). Кроме того, было найдено, что некоторые точечные источники излучают линии А-удвоения ОН с значительной интенсивностью. Эти источники не могут быть отождествлены с какими-либо известными звездами. Их точечный характер вместе с поляризационными свойствами излучения свидетельствует о том, что здесь, возможно, имеют место эффекты космического мазера, хотя точная природа процессов, приводящих к инверсной заселенности, до сих пор не ясна. По-видимому, весьма вероятно, что эти похожие на мазеры объекты представляют собой протозвезды, т. е. звезды в процессе образования. [c.59]

Рубиновый лазер относится к категории твердотельных лазеров. Они обычно характеризуются более высокой выходной мощностью, чем газовые лазеры. Инверсная заселенность в рубиновых лазерах достигается путем оптической накачки. [c.170]

Возбужденная частица релаксирует, поэтому образование таких частиц должно происходить быстро, поскольку только в этом случае удается создать ситуацию с инверсно заселенными частицами в системе. Быстро протекает, например, реакция Р с Нг. При комнатной температуре эта реакция протекает в одном из сорока бимолекулярных столкновений. [c.434]

В заключение отметим, что в химических реакциях происходит генерация не только колебательно-, но и электронно-возбужденных частиц. Так, один из мощных химических лазеров основан на создании инверсной заселенности уровня электронного возбуждения атомов Г. [c.230]

Здесь возникает ситуация, когда электромагнитное излучение увеличивает скорость испускания. Такая ситуация, называемая инверсной заселенностью, является предпосылкой возникновения лазерной генерации (слово лазер представляет собой аббревиатуру из английских слов, означающих усиление света стимулированным испусканием излучения ). [Заметим, что в уравнении Больцмана [c.187]

Чтобы некоторую систему можно было использовать для получения лазерного излучения, она должна иметь по крайней мере три, а предпочтительнее четыре или больше энергетических уровня, обладающие особыми свойствами. Схемы таких уровней показаны на рис. 8.10. В трехуровневой системе низшее энергетическое состояние (1) опустошается в результате некоторого процесса возбуждения, который мы условно обозначим как стадия а (он может представлять собой поглощение излучения, электрический разряд или какой-либо иной процесс). Состояние (3) заселяется через состояние (2) обычно в ходе безызлучательного процесса, обозначаемого как стадия Ь. Если стадии а и протекают быстрее, чем испускание из состояния (3), то в системе может создаться инверсная заселенность Ыз/М1. Это позволяет получить лазерное излучение (стадия с). Лазер с трехуровневой схемой действия требует большой мощности накачки для получения инверсной заселенности. В лазерах с четырехуровневой схемой оба состояния, [c.188]

Гелий-неоновый газовый лазер представляет особый интерес в связи с темой данной главы. Неон является веществом, которое способно обнаруживать лазерное действие. Однако инверсная заселенность в нем достигается в результате переноса энергии от возбужденного состояния гелия к неону, который таким образом переводится в возбужденное состояние. Гелий возбуждается электрическим разрядом (столкновениями с электронами в электрической разрядной трубке). Для такого возбуждения неприменимы обычные правила отбора. Многие из возбужденных атомов гелия в конце концов попадают в низшее возбужденное состояние (конфигурации 15 2з ) либо непосредственно в результате возбуждения, либо в результате распада высокоэнергетических возбужденных состояний. Излуча-тельный переход из состояния в синглетное основное состояние запрещен по спину, вследствие чего состояние 51 обладает сравнительно большим временем жизни. Это состояние лежит приблизительно на 1,6-10" см- над основным состоянием гелия. Высшее энергетическое состояние конфигурации ls 2s 2p 4s неона [эту конфигурацию мы сокращенно обозначим символом (Ые+, 45)] лежит всего на 314 см- ниже по энергии, чем указанное возбужденное состояние, относительно основного состояния неона. В такой ситуации возможен резонансный перенос энергии, при котором энергия возбуждения переходит от гелия к неону. Состояния конфигураций (Не+, Зр) и (Не+, Зз) расположены между конфигурацией (Не+, 4з) и основным состоянием. Они не заселяются возбужденным гелием следовательно, создается инверсная заселенность между различными возбужденными состояниями неона. Преобладающее лазерное дей- [c.189]

Работа квантового генератора основана на создании инверсной заселенности энергетических уровней (т. е. нарушения больцмановского рас-, пределения энергии с преобладанием заселенности верхних уровней) в той или иной газовой или конденсированной системе. В газовых лазерах инверсная заселенность колебательных уровней, о которых здесь идет речь, создается путем возбуждения колебаний электронным ударом в электрическом разряде, путем облучения светом, путем быстрого нагревания или быстрого адиабатического охлаждения газа и путем химической реакции химические лазеры). [c.195]

Расчеты течений смеси газов СО2, N2 в соплах при использовании системы уравнений [59] указывают на то, что состояние с инверсной заселенностью молекул СО2 может быть достигнуто в отсутствие паров воды, но не для всех форм сопел, где это состояние достигалось в присутствии воды. Дело в том, что величина инверсии сильно зависит от значений колебательных температур симметричных и асимметричных колебаний молекулы СО2, поведение которых изменяется при наличии и отсутствии паров воды. Следует заметить, что неточности расчета этих колебательных температур при использовании приближенных модельных кинетических уравнений могут привести к тому, что при отсутствии паров воды состояние с инверсной заселенностью не будет достигнуто ни в одном сечении сопла. [c.133]

С целью увеличения КПД и мощности ГДЛ особое внимание приходится обращать на газодинамические характеристики потоков. Помимо учета релаксационных явлений около обтекаемой поверхности и в пограничном слое, учета тепловых потерь, необходимо принимать во внимание явления взаимодействия пограничного слоя с основным потоком и возникновение в последнем скачков уплотнения и волн разрежения. Как было показано в работе [65], возникающие при этом в потоке ударные волны могут существенным образом изменить не только газодинамические характеристики, но и величину инверсии заселенностей молекул и коэффициент усиления. В работе [70] показано, что при течениях смеси газов с инверсной заселенностью молекул около клина или около затупленного цилиндра возможно значительное увеличение коэффициента усиления, а также создание потоков значительной плотности с сохранением инверсной заселенности. [c.133]

На рис. 10 показано изменение коэффициента усиления слабого сигнала для перехода (00°1) — (10°0) молекулы СОа вдоль одной из ЛИНЕЙ тока при обтекании затупленного цилиндра потоком газа с инверсной заселенностью молекул СО2. Как видно из рис. 10, за косой ударной волной возможно значительное увеличение коэффициента усиления [70]. [c.134]

Отрицательная ХПЯ соответствует инверсной заселенности верхнего зеемановского уровня. Избыток энергии отрицательно поляризованных ядерных спинов может освободиться в виде энергии электромагнитного излучения. Однако вероятность спонтанного излучения изолированного ядерного спина пренебрежимо мала, порядка 10-25 с-1 это соответствует времени излучательной релаксации 10 5 с. Ясно, что процессы безызлучательной релаксации происходят намного быстрее и поэтому исключают возможность [c.27]

При термодинамическом равновесии < Л х) логарифм отношения отрицателен и температура положительна. В случае неравновесной системы с инверсной заселенностью уровней, когда Л 2 > Л ь температура Т окажется отрицательной. Таким образом, степень возбуждения квантовой системы (ее неравновес-ность) характеризуется отрицательной температурой. Следует заметить, что понятие отрицательной температуры самостоятельного физического смысла не имеет. Оно применимо только к определенным двум энергетическим уровням. Однако им широко пользуются при описании процессов в квантовых приборах. [c.436]

Вспомогательное излучение частоты со з обычно называют подсветкой или некачкой . Оно позволяет осуществить селективное (инверсное) заселение уровня 2. [c.437]

Q-Koммyтaцuя получила свое название от коэффициента добротности (сохранение энергии/потеря энергии в секунду), который для резонатора коммутируется от низкого до высокого значения. Больших выходных мощностей можно достичь при полностью закрытом выходном зеркале и продолжении накачки. В этом случае инверсная заселенность превысит пороговую величину, соответствующую условиям для открытого зеркала. Если теперь осуществить правильную ориентацию зеркала, то избыточная инверсия дает очень высокий начальный поток фотонов и возникает большой импульс при уменьшении инверсии до состояния равновесия. [c.172]

Для получения лазерного эффекта надо достичь инверсной заселенности электронных состояний. При инверсной заселенности в верхнем состоянии находится больще молекул, чем в нижнем. Этого нельзя добиться просто использованием высокоинтенсивного источника света с соответствующей частотой для перевода молекул с нижнего уровня на более высокий. Падающее излучение стимулирует эмиссию фотонов из верхнего состояния с той же скоростью, с какой они поглощались в нижнем состоянии следовательно, с помощью интенсивного источника можно перевести в верхнее состояние не более чем 50% молекул. Однако, если верхнее состояние (например, 5i) можно преобразовать в другое возбужденное состояние (например, Ту) благодаря безызлучательно-му процессу, заселенность состояния Ту может превышать 50%. Этот процесс называют оптической накачкой. Если вслед за накачкой через вещество проходит излучение, соответствующее переходу Ti- o, то про исходит вынужденное излучение. [c.558]

Поскольку в константу равновесия для термических реакций входит сомножитель exp(-AUo/ksT), а Е = ДЦ) при условии нулевой энергаи активации в реакции 17, то приближенно можно считать, что зависимость к(п->)/к(Т) от колебательной энергаи определяется множителем Р(п)ехр(Е ол/квТ). Отсюда сраду следуют качественные критерии эффективности колебательной формы энергаи в преодолении активационного барьера. Колебательная энергия полностью неэффективна, если функция распределения в обратной реакции Р(я) спадает пропорционально ехр(- кол/Л Б7). Колебательная энергия будет э ективна в преодолении барьера, если функция Р(п) в обратной реакции дает инверсную заселенность колебательных степеней свободы. [c.167]

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]

Генерация света происходит в резонаторе, который обычно имеет форму цилиндра с зеркалами на его торцах. Тем или иным способом в рабочем теле создается инверсная заселенность молекул. Фотоны, испущенные в среде, проходя мимо возбужденных молекул, вызывают испускание новых фотонов и т. д. Те фотоны, которые случайно испущены вдоль оси резонатора, многократно отражаются от зеркал и порождакуг в среде лавину таких фотонов. Длина резонатора выбирается такой, чтобы по его длине укладывалось целое число волн, так что при многократном отражении фотонов в резонаторе возникают стоячие волны, интенсивность которых усиливается лавинообразно. В лазере генерируется когерентное излучение, [c.433]

С помощью мощной вспышки света, например ксеноновой ллм-пы. При это.м /-электроны ионов Сг + могут переходить из основного состояния в более высокие состояния / 2 н 1-Затем быстро протекает безызлучательный переход на уровень Ь. Время пребывания электронов в возбужденном состоянии весьма велико и составляет 5-10 с. Это значнт, что успевает образоваться состояние инверсной заселенности. Ла- [c.175]

Поскольку в цепных реакциях с энергетическим разветвлением цепей возникает высокая инверсная заселенность колебательных уровней, они представляют интерес для создания мощных лазеров с химической накачкой. В первом лазере с химической накачкой (Пиментал, 1962 г.) инверсная заселенность создавалась за счет энергии неразветвленной цепной реакции Hj с l . После рассмотрения реакции Нз с Fj становится понятным, почему химически подобная реакция Н, с I2 протекает без энергетического разветвления цепи. Квант колебательного возбуждения НС1, образующейся в реакции Н + lj -> H l + l - 189 кДж, составляет 35,8 МОЛЬ . Эта величина сильно отличается от энергий колебательного возбуждения реагентов Н, (52,7 кДжх хмоль ) и lj (6,7 кДж-моль ), и вероятность передачи колебательной энергии ничтожна. [c.230]

Молекулы Н3О существенно влияют также на дезактивацию верхнего лазерного уровня в результате возможных У—У процессов СОз (00 1) Н-+ НзО = со (ИЮ) -Ь НзО 4- 272 см или СО (00 1) + Н3О = = СО (01Ю) -Ь НзО (010) 87 смГ , однако, согласно [935], константа скорости взаимодействия молекул СО (ООН) и Н О при 298° К составляет 5,8 х Х10 см Молъ секГ , т. е. в 16 раз меньше константы скорости реакции СОз (01 0) с водой. Поэтому добавка паров воды к СОз или к смеси СО с N3 повышает мощность углекислотного. лазера. Добавка гелия также повышает мощность лазера, по-вндимому, в результате того, что благодаря боль шой теплопроводности гелия снижается температура газа это существенно, так как высокая температура уменьшает инверсную заселенность колебательных уровней СОз Этому благоприятствует также и то обстоятельство, что при комнатной температуре константа скорости дезактивации СОг (01 0) ге,шием в 40 раз превышает константу скорости дезактивации со (00 1) [1270]. [c.196]

Егоров Б. В., Комаров В. H., Саяпин Г. Н. Об изменении коэффициента усиления в ударном слое при обтекании тел потоком с инверсной заселенностью.- ПМТФ, 1976, Л 5. [c.138]