Однородное уширение
Cтраница 1
Однородное уширение обусловливается причинами, которые свойственны данному узлу; в пределе оно может иметь место и в случае возбуждения одной изолированной молекулы. Неоднородное уширение возникает из-за того, что возбуждение молекул в ансамбле происходит в условиях, когда начальное и конечное состояния отдельных молекул слегка различаются. [1]
Термины однородное уширение и неоднородное уширение относятся к взаимодействию между модами лазера. Если каждая молекула в лазерной усиливающей среде может давать вклад во все моды, то говорят, что излучение лазера однородно уширено. [3]
Поскольку однородное уширение обычно сопровождается неоднородным, выделить однородно уширенную часть формы линии трудно. Для этой цели используются различные экспериментальные методы. В методе фотонного эха [2] образец возбуждается двумя последовательными пикосекундными импульсами света. Первый импульс переводит молекулы в верхнее электронное состояние, и, так как все молекулы возбуждены синфазно, в кристалле индуцируется макроскопический дипольный момент. Первый импульс называется тг / 2-импульсом, так как его длительность ( и интенсивность) подобраны таким образом, чтобы повернуть индуцированные диполи на угол 90 от направления распространения света k в перпендикулярную плоскость, где макроскопический дипольный момент быстро теряет фазу из-за влияния членов Т2 и Tj. Таким образом, если начальный полный момент был направлен по оси z, а вектор электрического поля света Е - по х, то дипольные моменты будут прецессировать вокруг вектора Е в плоскости ху по часовой или против часовой стрелки, в зависимости от симметрии локальных возмущений, тем самым теряя фазу. Через подходящий интервал времени т система подвергается воздействию второго светового импульса с интенсивностью, в четыре раза превышающей интенсивность первого импульса, имеющего ту же длительность и направление. Этот импульс поворачивает векторы дипольного момента на угол 180 относительно вектора Е и называется тг-импулъсом; тг-импульс изменяет вектор каждого дипольного момента таким образом, что относительные фазы диполей становятся отрицательными по отношению к фазам, которые они имели перед началом второго импульса. [4]
При однородном уширении вероятность того, что в предстоящем акте излучения возбужденный атом испустит квант определенной частоты, одинакова для всех атомов. Эта вероятность, кроме того, не зависит от частот кваитов, испущенных атомом ранее. Иными словами, в отношении частоты испускаемых квантов, различные акты излучения атома независимы друг от друга. Аналогичными свойствами обладает и вероятность поглощения атомом кванта определенной частоты. [5]
При однородном уширении резонансной линии разность на-селенностей уменьшается однородно, поскольку каждая молекула имеет одну и ту же частоту перехода, в то время как при неоднородном уширении разность населенностей уменьшается лишь в диапазоне, определяемом шириной лоренцевой линии. Этот эффект проиллюстрирован на фиг. [6]
Когда получается однородное уширение и чем оно отличается от неоднородного уширения линии. [7]
В случае однородного уширения, когда все атомы на верхнем лазерном уровне принимают одинаковое участие в процессе усиления, найти ее несложно. Действительно, в стационарном режиме должно осуществляться равновесие между процессами пополнения инверсной населенности и ее распада. Для наиболее эффективных четырехуровневых сред с незаселенным нижним уровнем рабочего перехода условие равновесия имеет простейший вид нак Iky с BkyC / T гДе В - коэффициент пропорциональности между инверсной населенностью и kyc, т - время спонтанного распада возбужденного состояния. [8]
Первым механизмом однородного уширения линии мы рассмотрим тот, который обусловлен столкновениями. Он называется столкновительным уширением. В газах это уширение проявляется при столкновениях атома с другими атомами, ионами, свободными электронами или стенками резервуара. В твердых телах оно возникает за счет взаимодействия атома с фононами решетки. [9]
Второй механизм однородного уширения линии связан с явлением спонтанного излучения. Поскольку спонтанное излучение неизбежно присутствует в случае любого перехода, данное уширение называется естественным или собственным ушире-нием. Мы предварим обсуждение этого механизма уширения следующим замечанием. [10]
В кристаллах ИАГ однородное уширение составляет примерно 0 7 нм. Сильное неоднородное уширение приводит к тому, что неодимовое стекло имеет меньшее усиление, а соответствующие лазеры - более богатую мо-довую структуру, чем гранат, активированный неодимом. Вместе с тем стекло допускает большее ( до 6 %) введение активных центров. [11]
Прежде всего рассмотрим однородное уширение. При этом считается, что за уширение линии ответствен каждый атом. [12]
Иное дело при однородном уширении, когда каждый атом имеет одни и те же форму и положение линии усиления ( и люминесценции), совпадающие с формой и положением результирующей линии всего ансамбля атомов. [13]
Полученные там для процессов однородного уширения результаты могут быть перенесены на случай неоднородно уширенных систем; для этой цели следует воспользоваться сказанным после уравнения ( 3.11 - 40) и ввести эффективные функции формы. Если считать процессы квазистационарными и пренебречь изменением населенностей, вызванным действием излучения, то процессы однородного и неоднородного уширения создают одни и те же эффекты, и поэтому их невозможно отличить друг от друга в эксперименте при однофотонных ( а также и при многофотонных) процессах. По указанным причинам мы будем в дальнейшем рассматривать величины и соотношения, непосредственно относящиеся к эксперименту. [14]
Обычно ширина линии при однородном уширении 2 / Т2, соответствующая лоренцеву спиновому пакету, значительно меньше полной ширины Дсой гауссовой линии. При этом условии вычисление (3.28) значительно упрощается, так как можно предположить, что ширина спинового пакета исчсзающе мала. [15]
Страницы: 1 2 3 4