Фотонная лавина

Cтраница 1

Образование фотонной лавины в оптическом резонаторе. 1 - активная среда. 2 - зеркала оптического резонатора. [1]

Фотонная лавина подобна селевому потоку: сначала достаточно продолжительная накачка за счет таяния снегов, затем быстрый сброс накопленной воды; без обратной связи поток невелик. [2]

Однако создать условия для получения фотонной лавины не так просто. Нарастанию лавины мешают акты поглощения, сопровождающиеся исчезновением фотонов и переходом атомов с нижнего уровня на верхний. Как показал Эйнштейн, вероятности процессов вынужденного испускания и поглощения равны между собой. Поэтому все определяется соотношением чисел атомов на верхнем и нижнем энергетических уровнях. Число актов испускания пропорционально числу атомов на верхнем уровне. Число актов поглощения пропорционально числу атомов на нижнем уровне. Следовательно, для получения фотонной лавины необходимо, чтобы на верхнем уровне атомов было больше, чем на нижнем. [3]

В, Г, Д): создается фотонная лавина. При достаточном усилении часть пучка выходит через полупрозрачный торец кристалла. Фотоны в этом пучке имеют одинаковую частоту и находятся в одной фазе, так что весь пучок монохроматичен и строго когерентен. [4]

В этом случае для описания происходящих событий - последовательного вылета фотонных лавин - часто применяется термин: режим ничковой генерации. [5]

Таким образом, зеркала оптического резонатора выделяют в пространстве определенное направление, вдоль которого реализуются наиболее благоприятные условия для развития фотонных лавин. Это и есть направление лазерного луча; он выходит из резонатора через одно из зеркал. Оптический резонатор играет принципиально важную роль: упорядочивает бурно развивающиеся в активном элементе процессы вынужденного испускания, направляет их в нужное русло, и в итоге формирует лазерное излучение. [6]

Фотоны с направлением движения, параллельным оси рубина, отражаясь от торцовых зеркал, вовлекают все большее и большее число атомов хрома в индуцированное излучение ( рис. 4.93, В, Г, Д): создается фотонная лавина. При достаточном усилении часть пучка выходит через полупрозрачный торец кристалла. Фотоны в этом пучке имеют одинаковую частоту и находятся в одной фазе, так что весь пучок весьма монохроматичен и строго когерентен. [7]

На своем пути этот фотон вызовет образование тождественных фотонов, и к зеркалу подойдут уже несколько фотонов, часть из них отразится обратно в кристалл. Фотонная лавина будет нарастать до тех пор, пока все фотоны, появившиеся за время прохождения лавины от полупрозрачного зеркала до непрозрачного и обратно, не будут выходить наружу. [8]

Распределение электронов в полупроводнике для равновесного и неравновесного состояний ( а. нарастание фотонной лавины вследствие индуцированного излучения квантовой системы в состоянии с отрицательной температурой ( б. [9]

Так как на верхнем уровне валентной зоны электронов практически нет, а на нижнем уровне зоны проводимости нет свободных мест, то вероятность подобного процесса весьма низка. Это создает благоприятные условия для протекания стимулированного излучения и нарастания фотонной лавины. [10]

Рассмотрим прибор, использующий такие среды. В оптическом квантовом генераторе ( лазере) главными составными частями являются: активная среда, в которой возникает вынужденное излучение, источник возбуждения частиц этой среды ( подкачка) и устройство, позволяющее усиливаться фотонной лавине. [11]

Когерентное излучение используется в усилителях и генераторах; приборы для СВЧ-диапа-зона называют иногда мазерами, а для оптического диапазона - лазера ми от слов соответственно microwave или ligt amplification by stimulated emission of radiation. Основоположники создания квантовых приборов А. М. Прохоров и Н. Г. Басов удостоены Ленинской и Нобелевской премий. В оптическом квантовом генераторе на активированном диэлектрике первичный фотон, падая на возбужденный атом, дает начало процессу нарастания фотонной лавины за счет последовательного столкновения фотонов с возбужденными атомами. Фотоны, претерпевая отражения, многократно пробегают через активный элемент, вызывая фотонную лавину и появление в конечном счете когерентного излучения. В генераторе импульсного типа в качестве источника накачки используют импульсную газосветную лампу. Вспышка лампы происходит при разряде через нее батареи конденсаторов большой емкости ( несколько тысяч микрофарад), заряжаемой от высоковольтного источника питания; активный элемент и импульсная лампа размещается по конфокальным осям эллиптического отражателя, концентрирующего световой поток на активном элементе. При образовании фотонной лавины луч выходит через полупрозрачное зеркало 2 оптического резонатора. Квантовые приборы на твердых активных элементах чаще используются в импульсном режиме. Газовые квантовые приборы могут работать и в непрерывном и в импульсном режимах; для накачки обычно используется разряд в самой среде активного газа. Известны также оптические квантовые приборы на полупроводниках с р-п-переходами. [12]

Инверсная заселенность достигается обычно не во всем спектре энергетических состояний, а лишь в зонах, примыкающих к запрещенной зоне полупроводника. В этих условиях падающий квант электромагнитного излучения ( индуцирующий фотон) может индуцировать испускание такого же кванта, переводя электрон из зоны проводимости в валентную зону. Следовательно, создаются условия, когда электромагнитное излучение преобладает над поглощением. Это способствует нарастанию фотонной лавины и усилению когерентного электромагнитного излучения. [13]

В таких процессах атом вынуждается к излучению фотона, фаза которого совпадает с фазой индуцирующего фотона. При этом необходимо, чтобы индуцирующий и индуцированный фотоны имели одинаковую энергию. Оба эти фотона могут в свою очередь вынуждать другие атомы к излучению световых квантов. Это приводит к образованию фотонной лавины, состоящей из цугов волн с равными фазами и частотами и одинаковым направлением распро-мранения. [14]

Страницы: 1 2