вход Вход Регистрация



Добиться инверсной населенности системы, используя лишь два энергетических уровня, невозможно. При облучении такой системы внешним полем достаточной интенсивности будут преобладать переходы частиц с уровня Е1 на уровень Е2 до тех пор, пока число частиц на этих двух уровнях не станет одинаковым. После этого произойдет насыщение перехода между уровнями Е1 и Е2, и система перестанет поглощать энергию поля, т.к. число переходов вверх и вниз будет одним и тем же.

Для получения инверсной населенности системы в квантовой электронике используется ряд методов. Один из них основан на использовании в системе трех энергетических уровней (рис.1.4). [6]

а) -в равновесном состоянии;

б) -при наличии накачки усиление возможно на частоте (N3>N2);

в) -усиление возможно на частоте ;

Рисунок 1.4 - Распределение частиц в трехуровневой системе

Если такую систему облучить электромагнитным полем с частотой 1-3, то начнется переход частиц с уровня Е1 на уровень Е3. Этот процесс будет протекать до насыщения перехода 1-3, когда число частиц на уровнях Е1 и Е3 окажется одинаковым. При этом на переходе 2-1 (рис.1.4, в) или 3-2 (1.4,б), в зависимости от расположения уровней, возникнет инверсия населенности. При облучении такой системы электромагнитным полем с частотой или же с частотой будет наблюдаться индуцированное излучение. Этот метод получил название метода энергетической накачки.

В некоторых случаях удобно использовать 4 энергетических уровня, что позволяет получить большую инверсию населенности, либо использовать вспомогательный генератор с меньшей частотой накачки.

В квантовых приборах используются и другие методы накачки. Исторически первым был использован метод пространственного разделения (сортировки) возбужденных и невозбужденных (т.е. находящихся на более низком энергетическом уровне) атомов и молекул. Сортировка частиц может проводиться с помощью постоянного во времени, но неоднородного в пространстве электрического или магнитного поля. Такой метод создания инверсии используется главным образом в квантовых стандартах частоты.

В результате процесса нарушения равновесного состояния квантовой системы, обеспечивающего отрицательную разность населенностей, возникает состояние, называемое инверсией населенностей уровней.

© 2018
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру