А   Б  В  Г  Д  Е  Є  Ж  З  І  Ї  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ю  Я 


Напівкласична теорія - лазер

Напівкласична теорія лазера, розвинена школами Лемба і Хакена (див. Lamb, 1963; 1964 і Haken, 1964), є піонерським внеском в цю проблему. Теорія Лемба бере початок від пов'язаної системи рівнянь Максвелла і Шредінгера, в той час як Хакен з співавторами використовує напівкласичного (факторізовано) межа квантових полів.

Розглянемо напівкласичного теорію лазера для простого випадку лінійно поляризованого електричного поля в однобічному кільцевому резонаторі з дворівневими однорідно розширеними активними атомами.

Залежність нормованих другого (а, третього (б і четвертого (в кумулянтов інтенсивності лазерного поля від середньої його інтенсивності. Точки - експериментальні значення, криві - результати теоретичного розрахунку. (З роботи Chang, Korenman, Alley and Detenbeck, 1969. Як ми побачили, Напівкласична теорія лазера призводить до детермінованого рівняння руху для амплітуди поля, і питання, що стосуються ширини лінії і флуктуації, строго кажучи, залишаються за рамками теорії. Флуктуації вносяться на більш пізній стадії шляхом введення ланжевеновскіх джерел шуму, що є надуманою процедурою, для якої нелегко знайти суворе обгрунтування, і справедливість якої, в значній мірі, виправдана узгодженістю з іншими підходами. Квантово-польовий підхід служить більш послідовної основою для теорії лазера. Крім того, він дозволяє відповісти на деякі питання, які, взагалі, безглузді в рамках Напівкласична теорії, наприклад, скільки фотонів є в резонаторі на порозі і яке їхнє розподіл ймовірностей.

Блоха, лежать в основі Напівкласична теорії лазера. Тому має сенс коротко проаналізувати їх.

У розділах 5 і 6 викладається Напівкласична теорія лазера в тому її варіанті, який був запропонований автором книги на початку 60 - х років, причому в 5 - му розділі розглянуті основні рівняння теорії та методи їх вирішення, а в 6 - му розділі - різні додатки цієї теорії. Хакеном завдань особливо цікавими представляються аналіз рівнянь лазерної динаміки з урахуванням властивостей резонатора, а також скрупульозне розгляд двох важливих наближень: обертається хвилі і повільно змінюється амплітуди.

Діаграма потоків ймовірності для лазера. Коефіцієнти посилення і насичення s і & В відповідають коефіцієнтам (5510) Напівкласична теорії лазера в разі накачування на верхній рівень і нульовий відбудови. Зв'язок між даними квантовим розглядом і напівкласичного результатами буде показана в кінці цього розділу.

У цьому розділі ми приступимо до центральної теми книги, а саме до Напівкласична теорії лазера. У попередньому розділі робота лазера описувалася на мові чисел фотонів, і при цьому основні рівняння лазера могли бути введені тільки евристичний. Тому виникає необхідність вивести ці рівняння строго, виходячи з перших принципів. з класичної фізики відомо, що для повного опису світлового поля потрібно знати не тільки інтенсивність (яка певним чином відповідає числу фотонів), але і його фазу. Оскільки числа фотонів не несуть інформації про фазах, швидкісні рівняння попередньої глави є неповними. Цей недолік може бути усунутий за допомогою Напівкласична теорії лазера. У теорії, яку ми будемо викладати, світло розглядається як класичне електромагнітне поле, яке підпорядковується рівнянням Максвелла. Оскільки робота лазера обумовлена взаємодією між світловим полем і атомами, необхідно адекватно розглянути рух електронів в атомах. Таким чином, ми не можемо обійтися без квантової теорії, і рух електронів вимагає квантовомеханіче-ського опису.

У наступному розділі в якості важливого прикладу застосування цього набору рівнянь ми представимо напівкласичного теорію лазера.

Порушення допомогою накачування зі стану g) в стан а) і релаксація станів будуть враховані феноменологически, як це робилося в Напівкласична теорії лазера.

З нашого обговорення принципу роботи лазера слід, що лазерна теорія повинна включати три основні елементи - активне середовище (дворівневі атоми з інверсією населеності), механізм накачування на верхній лазерний рівень і радіаційні втрати, зумовлені резонатором. Послідовна Напівкласична теорія лазера була розвинена Лембом.

Ці рівняння повністю подібні до тих, з яких Ейнштейн отримав формулу Планка. Такого роду опис, яке використовувалося Тангом, Штатца, Демарсе і багатьма іншими для процесів в лазерах, все ще застосовується сьогодні, коли вивчаються досить загальні явища, такі, як розподіл інтенсивності лазерного світла. Але модельне опис, засноване на числах фотонів, недостатньо для опису багатьох важливих процесів в сучасній лазерній фізиці, зокрема коли важливі фазові співвідношення між світловими хвилями. Найбільш адекватний опис лазерних процесів дає Напівкласична теорія лазера.

У цьому розділі ми приступимо до центральної теми книги, а саме до Напівкласична теорії лазера. У попередньому розділі робота лазера описувалася на мові чисел фотонів, і при цьому основні рівняння лазера могли бути введені тільки евристичний. Тому виникає необхідність вивести ці рівняння строго, виходячи з перших принципів. З класичної фізики відомо, що для повного опису світлового поля потрібно знати не тільки інтенсивність (яка певним чином відповідає числу фотонів), але і його фазу. Оскільки числа фотонів не несуть інформації про фазах, швидкісні рівняння попередньої глави є неповними. Цей недолік може бути усунутий за допомогою Напівкласична теорії лазера. У теорії, яку ми будемо викладати, світло розглядається як класичне електромагнітне поле, яке підпорядковується рівнянням Максвелла. Оскільки робота лазера обумовлена взаємодією між світловим полем і атомами, необхідно адекватно розглянути рух електронів в атомах. Таким чином, ми не можемо обійтися без квантової теорії, і рух електронів вимагає квантовомеханіче-ського опису.

У цьому розділі ми приступимо до центральної теми книги, а саме до Напівкласична теорії лазера. У попередньому розділі робота лазера описувалася на мові чисел фотонів, і при цьому основні рівняння лазера могли бути введені тільки евристичний. Тому виникає необхідність вивести ці рівняння строго, виходячи з перших принципів. З класичної фізики відомо, що для повного опису світлового поля потрібно знати не тільки інтенсивність (яка певним чином відповідає числу фотонів), але і його фазу. Оскільки числа фотонів не несуть інформації про фазах, швидкісні рівняння попередньої глави є неповними. Цей недолік може бути усунутий за допомогою Напівкласична теорії лазера. У теорії, яку ми будемо викладати, світло розглядається як класичне електромагнітне поле, яке підпорядковується рівнянням Максвелла. Оскільки робота лазера обумовлена взаємодією між світловим полем і атомами, необхідно адекватно розглянути рух електронів в атомах. Таким чином, ми не можемо обійтися без квантової теорії, і рух електронів вимагає квантовомеханіче-ського опису. Виявиться, що поляризація середовища виступає в ролі джерела електромагнітних коливань. Потім ми розглянемо питання про те, яким чином ця поляризація наводиться полем. Таким шляхом ми прийдемо до рівнянь, які описують зв'язок між полем і атомами. Далі будуть введені деякі добре обґрунтовані наближення і таким чином отримані фундаментальні рівняння Напівкласична теорії лазера. Аналіз цих рівнянь буде проведено в гл.