Лазер — автоколебательная система

Лазер — автоколебательная система. Разработка общей структуры квантовых генераторов исторически связана с принципами радиофизики. В основе этого лежит глубокая аналогия между лазерными (квантовыми) и колебательными и автоколебательными (классическими) системами. С помощью представлений о простейшей колебательной системе — гармоническом осцилляторе — можно понять процессы в квантовых усилителях и генераторах. Классический, механический осциллятор в данном случае представляет собой электрон, колеблющийся вдоль оси х (относительно начала координат х=0) под действием возвращающей упругой силы.
Рассматриваемый осциллятор может служить моделью электрона, связанного с ядром, т. е. атома, способного излучать и поглощать электромагнитные волны. Пусть теперь осциллятор находится в поле квазимонохроматической волны E(t). Величина энергии ?, которая передается в единицу времени от волны к осциллятору (поглощается) или, наоборот, передается волне (излучается осциллятором), равна усредненному по времени за период вынуждающей силы произведению скорости электрона V{t) на величину силы eE(t) со стороны поля e=V(t) eE(t).
Решение уравнения для колебаний осциллятора при наличии внешнего воздействия со стороны поля, или накачки, и вычисление величины е показывает, что она может быть как положительной, что соответствует поглощению, так и отрицательной, что означает переход энергии от осциллятора в поле. При этом в последнем случае фазы частотных компонент внешнего поля должны находиться в определенном соотношении с фазой колебаний осциллятора, т. е. осциллятор может излучать и тем самым усиливать падающую волну только когерентным способом. Если же фазы случайные, то происходит только поглощение, а усиление вообще невозможно. Отсюда следует, что непрерывно излучающий осциллятор должен получать извне энергию. Таким образом, приведенное простейшее классическое рассмотрение дает определенное представление об индуцированном излучении и необходимости подвода энергии к осциллятору (накачка).
Рассмотрим теперь ангармонический осциллятор, являющийся математическим аналогом колебаний электромагнитного поля в резонаторе лазера.

Вы знаете, можно заработать очень большие деньги. Обратите свое внимание на forex4you это надежный брокер. Узнавайка подробнее об этом на www.fxcash.ru.

Это тип нелинейной колебательной системы. Возьмем колебательный контур, состоящий из индуктивности L, емкости С и активного сопротивления R.
При R=0 в таком контуре могут существовать незатухающие колебания тока I с частотой w0 = 1/квадратный корень LC  (w0 — собственная частота).  Если R > 0, колебания будут затухающими. Пусть теперь величина R зависит от протекающего по контуру тока, формально являясь при малом I отрицательной. После ряда переходных процессов в системе установятся незатухающие колебания на собственной частоте. Наличие отрицательного сопротивления приводит в данном случае к усилению колебаний. В реальных автоколебательных системах, например в генераторе колебаний с электронной лампой, затухание в точности компенсируется усилением, т. е. стационарный уровень колебаний поддерживается вследствие положительной обратной связи колебательного контура с источником энергии.
Еще более наглядной представляется модель, в которой колебательный контур имеет обычное омическое сопротивление (R > 0), определяющее затухание (положительные потери), а внутри конденсатора помещается среда, способная усиливать колебания на собственной частоте со0 («отрицательные потери»). В качестве такой «диэлектрической» среды можно непосредственно рассматривать активную среду, молекулы которой вынужденно излучают на частоте со0, в результате чего и осуществляется положительная обратная связь.
Процессы, происходящие в резонаторе оптического квантового генератора, описываются уравнениями, формально в точности совпадающими с уравнениями рассмотренных выше колебательных контуров. В случае оптического резонатора установление стационарного значения поля связано с компенсацией потерь внутри резонатора нелинейным (из-за эффекта насыщения) усилением электромагнитных колебаний.
Таким образом, оптический резонатор обеспечивает положительную обратную связь между полем излучения и активной средой. При этом указанная обратная связь не исчерпывается лишь накоплением индуцированных фотонов, а обеспечивает синфазность генерируемых цугов.

Навигация

Следующая статья:

Оставить свой комментарий

Пожалуйста, зарегистрируйтесь, чтобы комментировать.

Поиск
Поделись интересным!
Рубрики
Яндекс.Метрика

Посетите наши страницы в социальных сетях!

ВКонтакте.      Facebook.      Google Plus.      Twitter.      YouTube.      Одноклассники.      RSS.
Вверх
© 2017    Копирование материалов сайта разрешено только при наличии активной ссылки   //    Войти