Инверсия населенности

Накачка Л. Создание в активном в-ве инверсии населенности производится разными способами. Чаще всего используют воздействие на в-во электромагн. излучения (оптич. накачка), электрич. разряда, пучка электронов с энергией от неск. десятков эВ до МэВ (электронный удар), высокотемпературный нагрев в-ва с послед, быстрым охлаждением (тепловая накачка), экзотермич. хим. р-ции в в-ве, инжекцию носителей заряда в область />-л-перехода в полупроводнике под действие.м электрич. поля. Рассмотрим нек-рые способы накачки. [c.562]

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]

Происходит сравнительно медленно (время жизни возбуж-денного состояния Т2, 10" с). Инверсия населенности возникнет, если в состоянии 2 окажется более половины всех ионов Сг . При концентрации ионов в кристалле [c.563]

Активные среды — это вещества, в которых распределение частиц (атомов, молекул, ионов) по энергетическим состояниям не является равновесным и хотя бы для одной пары уровней энергии осуществляется инверсия населенностей. Это необходимый элемент большинства устройств квантовой электроники. [c.257]

Еще одна важная особенность устройства лазера — это система точно сфокусированных зеркал, которые заставляют весь свет, возникший за счет стимулированного излучения, возвращаться назад, а затем вновь вперед и так много раз, пересекая область в которой создана инверсия населенностей. Эти зеркала пазы- поглощение света может привести к вают оптической ячейкой. Именно они инверсии населенностей. [c.207]

Состояние с отрицательной температурой, инверсия населенностей уровней, метастабиль-ное состояние. Итак, мы установили, что для получения индуцированного когерентного излучения необходимо наличие возбужденных частиц (электронов, атомов), в то же время известно, что нормальное равновесное состояние квантовых систем характеризуется наименьщей энергией, при которой частицы системы находятся на нижних уровнях. [c.73]

Величина тока инжекции и длительность его воздействия выбирается так, чтобы вероятность нахождения электронов в зоне проводимости превышала вероятность их нахождения в валентной зоне. Это обеспечивает возникновение состояния с инверсной населенностью. При установлении инверсии населенностей и наличии приложенного внешнего напряжения и потенциальный барьер р—п перехода У] уменьшается (см. рис. 2.38,6), появляется прямой ток, равновесие носителей нарушается и электроны и дырки, двигаясь навстречу друг другу, начинают рекомбинировать. Электроны, возвращаясь в процессе рекомбинации из зоны проводимости в валентную зону, выделяют кванты энергии бф в виде фотонов. [c.90]

Поскольку в состоянии термодинамического равновесия N2 < то из уравнения (9) следует, что любая среда в этих условиях поглощает излучение. Однако если удастся создать такие неравновесные условия, при которых N2 > Л ь то среда будет действовать как усилитель излучения с частотой V. При этом происходит так называемая инверсия населенности, поскольку распределение по уровням имеет обратный характер по сравнению с равновесными условиями. Среда в этом случае называется активной средой . Если значение частоты V попадает в оптический диапазон (практически от инфракрасной до ультрафиолетовой области), то усилитель называется лазером [c.12]

Ni)l)]), отражения от второго зеркала (с коэффициентом отражения R2) и повторного усиления активной средой вновь усиливается до своего начального значения. Из уравнения (11) также следует, что генерация начинается в тот момент, когда инверсия населенности N2 — Ni) достигает некоторого порогового значения [c.13]

В лазерах этого типа инверсия населенности проис.ходит между нижними уровнями зоны проводимости и верхними уровнями валентной зоны (рис. 1.32). Предполагается, что нижние уровни зоны проводимости (заштрихованная полоса) заполнены электронами, тогда как верхние уровни валентной зоны (незаштрихованная полоса) не заняты электронами, а [c.53]

Разработка перестраиваемых лазеров на органических красителях [112] привела к созданию методов возбуждения специфических электронных переходов в атомах и молекулах и, следовательно, к использованию методов резонансного рассеяния и дифференциального поглощения для дистанционного зондирования. Как показано в табл. 6.3, органические красители для перестройки лазерного излучения выпускаются серийно, что позволяет охватить область длин волн от ближней ультрафиолетовой до ближней инфракрасной. Инверсия населенности в красителе создается оптической накачкой при помощи импульсной лампы-вспышки или другого лазера. Для импульсного режима наиболее часто применяют азотный лазер, в то время как режим непрерывного излучения получают накачкой при помощи жестко сфокусированного аргонового лазера. Лазеры на красителях с накачкой импульсными лампами в целом дают импульс большой энергии, однако его длительность довольно велика (сотни наносекунд) для измерений с требуемым пространственным разрешением. Тем не менее подобная система может работать в режиме работы генератора-усилителя и является идеальной для зондирования верхних слоев атмосферы [7]. [c.347]

Н. Г. Басов и А. М. Прохоров предложили так называемый метод трех уровней, в котором для получения инверсии населенности уровней используется некоторое вспомогательное излучение (подкачка). В дальнейшем этот метод был удачно развит И. Бломбергеном. Поясним его пусть трехуровневая система состоит из трех уровней (рис. VH. 1, б), из которых [c.433]

Газы подбирают таким образом, чтобы рабочий газ (неон) имел подходящую схему уровней, а вспомогательный (гелий) — возможно большее время жизни на возбужденном уровне. Возбужденные атомы гелия сталкиваются с атомами неона, находящимися в основном состоянии, и передают им свою энергию. В результате атомы неона переходят на уровень 25 (а не на другой, так как в этом случае перераспределение энергии при столкновении двух атомов происходит с минимальным изменением общей внутренней энергии). Преобла-дание переходов атомов неона на уровень 25 приводит к значительной инверсии населенностей уровней 25 и 2Р, в результате чего и возникает индуцированное излучение. [c.438]

В атомарной кинетике найденная квазистационарная функция распределения параметрически зависит от температуры Те и плотности Ne электронов, а также от температуры между основным и первым возбужденным состояниями. Она включает в себя известное в литературе приближение "стационарного стока", позволяет установить интервал времени и значения Те и Ne, при которых это приближение реализуется. На основе квазистационарной функции распределения найдено положение узкого места, которое делит спектр уровней на две части. Лежащие выше узкого места уровни подчиняются больцмановскому распределению с температурой электронов, а уровни, расположенные ниже узкого места, имеют существенно неравновесные значения заселенностей. Переходы между уровнями вблизи узкого места определяют константы скоростей процессов рекомбинации и ионизации, формулы для которых по своей структуре совпадают со скоростями процессов в диффузионной теории химических реакций. Анализ полученных аналитических распределений указывает, что при определенных условиях возникает инверсия населенностей, В оптически тонкой [c.149]

Режим работы лазера обычно характеризуется плотностью тока через прибор. При малой плотности тока инверсия населенностей недостаточна для развития процесса генерации. В активной среде происходит лишь усиление спонтанного излучения, распространяющегося из внутренних областей диода. Усиленное спонтанное излучение практически ненаправлено и некогерентно. [c.523]

ЛАЗЕРЫ ХИМИЧЕСКИЕ, устройства для прямого преобразования энергии хим. р-ции в энергию когерентного электромагн. излучения. Инверсия населенности уровней обусловлена неравновесным распределением энергии хим. р-ции по степеням свободы молекул продукта. Для создания Л. х. используют р-ции, скорость к-рых превышает скорость установления равновесного распределения выделяющейся энергии. Как правило, это р-ции с участием химически активных атомов или радикалов Среди них особое место занимают цепные и разветвленные цепные р-ции, в к-рых химически активные центры (атомы и своб. радикалы) воспроизводятся (в разветвленных р-циях-размножаются) в ходе р-ции. Для создания нек-рого начального числа активных центров (инициирования цепной р-ции) необходимо затратить энергию. Поэтому чем больше длина цепи р-ции, тем большее кол-во хим. энергии переработается в лазерное излучение и тем меньшую роль будут играть затраты энергии на создание активных центров. При этом решающее значение имеет т. наз. хемолазерная длина цепи, определяемая как отношение скорости продолжения цепи к скорости релаксации возбужденных молекул, используемых для генерации когерентного излучения (но не к скорости гибели активных центров). Чем больше хемолазерная длина цепи, тем выше эффективность лазера по отношению к затратам энергии на инициирование р-ции. [c.567]

Другой эксперимент по двойному резонансу, дающий богатую информацию,— селективная развязка от протонов. Есл в протонном спектре изучаемого соединения проведено отнесение, то при селективном облучении сигналов отдельных протонов можно идентифицировать и сигналы соответствующи) углеродов. Чтобы осуществить полную развязку для отдельно пары взаимодействующих ядер С, Н, нужно облучить одновременно оба С-сателлита в протонном спектре. Для этого не обходимо использовать поле В2 относительно большой амплитуды, так как значения /( С, Н) велики (см. ниже). Следовательно, иногда могут возникнуть осложнения из-за частично го перекрывания различных сигналов в протонном спектре В этом случае рекомендуется использовать более слабые пол 82 и облучать лишь один из сателлитов. Этот эксперимент эквивалентен наблюдению общего эффекта Оверхаузера ил ИНДОР-методу. Он получил название селективный перенос населенности или селективная инверсия населенности. [c.394]

Куанецов В. М. Инверсия населенностей колебательных уровней молекул около тел при гиперзвужовом обтекании,— Учен. зап. ЦАГИ, 1973, т, IV, № 6. [c.137]

Куанецов В. М. Об инверсии населенностей уровней молекул в задачах релаксационной газовой динамики. — Численные методы механики сплошной среды, 1973, т, 4, № 3. [c.137]

По аналогии с Кельвином, МакКлэйр сформулировал по-ноЕюму второй закон Невозможно создать машину любого размера, работающую циклически (время цикла т, которая не будет производить никаких действий, кроме экстракции энергий, уравновешенных Л1еж-ду собой, за время меньше т из резервуара при одной температуре, и превращения этих энергий в форму, в которой они бы сохранялись дольше, чем т, либо при более высоких температурах, либо в форме инверсии населенностей . [c.85]

Для получения когерентного излучения во всех рассмотренных генераторах необходимо состояние с инверсной населенностью. Известно, что в полупроводниковых материалах активными частицами являются электроны. Электроны могут находиться в заполненной (валентной) зоне и в зоне проводимости. Зоне проводимости соответствувуют большие энергетические состояния по сравнению с валентной. Поэтому для получения инверсии населенностей необходимо большее число электронов перевести в зону проводимости. Это достигается возбуждением электронов одним из известных способов облучением, нагревом, воздействием электромагнитным или электрическим полем. [c.88]

Весьма интересным режимом работы лазера является так называемый режим модуляции добротности резонатора или генерации гигантских импульсов. В данном режиме работы можно получать световые импульсы очень большой мощности (1 МВт) и весьма малой длительности (5—20 не). Рассматривая этот режим работы лазера, заметим вначале, что в обычном рел<име работы лазера (как в режиме непрерывной генерации, так и в импульсном режиме генерации) инверсная населенность не может намного превышать определенное пороговое значение. Действительно, лазерная генерация начинается по достижении порогового значения инверсии населенности, благодаря чему предотвращается ее дальнейший рост. Отсюда следует, что в нормальном режиме работы лазера усиление за одни проход в резонаторе не может намного превысить уровень потерь за время одного прохода. Предположим теперь, что внутри резонатора установлен непрозрачный экран. Действие экрана заключается в сключенин условий возникновения лазерной генерации, тогда инверсная населенность может достигнуть очень больших значений, значительно превышающих обычный пороговый уровень. Если теперь быстро убрать экран, то инверсная населенность в активной среде лазера значительно превысит порог, т. е. усиление в активной среде будет существенно выше уровня потерь. Такой метод получил название режима. модуляции добротности резонатора, поскольку добротность резонатора Q изменяется от пренебрежимо малого (в условиях, когда в резонаторе установлен непрозрачный экран) до очень большого значения (когда экран убран нз резонатора). [c.37]

Для понимания процессов столкновений, приводящих к химической реакции, очень важно иметь информацию о распределении внутренней энергии в иродуктзх резкции. Необходимость в исчерпывающей [шформации о распределенни внутренней энергии в экзотермических химических реакциях сильно возросла после разработки химических лазеров, принцип действия которых основан на инверсии населенностей при некоторых химических реакциях [241]. Вплоть до настоящего времени инверсия наблюдалась только между вращательными или колебательными уровнями основного электронного состояния продуктов реакции [242]. Однако возможны реакции, в которых образуются продукты в возбужденных электронных состояниях, что открывает перспективы создания химических лазеров видимого диапазона [243]. [c.304]

В системе с отрицательной температурой AzV >0, так что и А ч < 0. Это означает, что взаимодействующий с нею поток излучения усиливается. Это видно после подстановки (2.14) в (2.13) — отношение ///q становится больше единицы. Величину AiV обычно называют числом активных частиц, которое характеризует степень инверсии населенностей участвующих в переходах уровней квантовой системы. Произведение OgAiV = принято называть коэффициентом усиления. Перепишем выран ение (2.10) с использованием новых обозначений [c.19]

При этом большинство авторов обращало внимание на люмштесцирующис в красном диапазоне длин волн комплексы европия (III). Предлагалось использовать для накачки полосы поглощения хслатообразующих лигандои, которые путем переноса энергии па метастабильный уровень металла создадут инверсию населенностей между этим уровнем и свободными уровнями основного состояния. [c.51]

В таких экспериментах клистронный СВЧ-генератор заменяют на суб-миллиметровый лазер. Это может быть электроразрядный лазер, такой как lijO, DjO, H N и другие, либо молекулярный лазер с оптической накачкой, в котором инверсия населенностей двух вращательных уровней таких молекул, как HgF, НСООН, СНдОН, HjFj, получается путем уменьшения населенности нижнего уровня с помощью СО. -лазера. Такие лазеры могут служить источниками для резонансных исследований в дальней инфракрасной (субмиллиметровой) области спектра. [c.30]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология