Различные теории лазера. Метод балансных уравнений.

Предварительный опрос

  • Перечислите свойства фотона.
  • Как связаны частота и энергия фотона?
  • Как вы понимаете соотношение неопределенности энергия - время?
  • Что такое мода электромагнитного поля.
  • Как проявляют себя спонтанные переходы? Формула для плотности вероятности спонтанного излучения в одну моду.
  • Что такое (вынужденное) индуцированное излучение? Какими свойствами обладает испускаемый фотон при вынужденном излучении? Формула для плотности вероятности вынужденного перехода, при взаимодействии с фотонами одной моды.
  • При поглощении фотона что происходит с энергией атома?
  • Какую интерпретацию можно дать объему моды Vc в знаменателе всех выражений, описывающих вероятности взаимодействия атома с фотоном?

Содержание лекции

  • Строение лазера. Активная среда, резонатор, накачка, лазерное излучение.
  • Три различных теоретических подхода к описанию работы лазера: метод балансных или скоростных уравнений, полуклассическая теория, квантовомеханическая теория. Преимущества и недостатки.
  • Метод балансных уравнений. Принцип их составления. Вероятности и скорости переходов. Времена жизни. Релаксация. Переходы с излучением и безызлучательные переходы.

Задание на дом

  1. Вывести выражение для инверсной разности населенностей для квазитрехуровневой системы для стационарного случая в отсутствие лазерной генерации .
    При выводе считать, что и .

Литература

  1. "Различные теории лазера".
  2. Лекция "Балансные уравнения".
  3. R.S. Quimby. Photonics and Lasers. 2006. Chapter 20.2. Rate Equation Approach.