POMPĂ este
În clasic sistem cu trei niveluri (Fig. 1) pentru a obține inversarea populațiilor de niveluri de energie cuantică în procesul de H. el.-mag. valul saturează tranziția cuantică dintre nivelurile inferior ( ) și superior ( ). Saturația constă în egalizarea populațiilor acestor niveluri. În condiții de saturație a tranziției, populația nivelului poate fi fie mai mare, fie mai mică decât populația nivelurilor și .
Fig. 1. Pomparea unui sistem cu trei niveluri: distribuțiadistribuția la nivel de populație este de echilibru (а) și încondiții de tranziție de pompare (b) .
Ca rezultat, o inversare a populației are loc la una dintre tranziții sau . Intensitate el.-magnet. câmpul H. trebuie să fie astfel încât indus. tranzițiile cuantice au avut loc mult mai frecvent decât relaxarea. treceri de la nivel la niveluri si . O schemă de pompare pe trei niveluri este utilizată în amplificatoarele cuantice din gama radio (masere) și în optică. generatoare cuantice rubin (lasere). În acest din urmă caz, este posibil să se lucreze numai în modul pulsat, deoarece pentru a satura optica. O tranziție cuantică într-un solid necesită densități foarte mari de energie H. sub influența încălzirii puternice și distrugerii tijei de rubin (veziLaser cu stare solidă).Sunt posibile scheme mai complexe ale sistemelor cuantice H., de exemplu. schema cu patru niveluri H. laser cu ioni de neodim. Efectuați saturația tranzițiilor cuantice în optică. gama folosind surse termice non-laser H. este foarte dificilă. Pe de altă parte, în condiții de echilibru termic la temp-pax obișnuit, aproape toate particulele cuantice sunt în partea de jos. nivel. Prin alegerea unei substanțe cu patru niveluri de energie, cu rapoarte favorabile ale ratelor de relaxare. tranziții între niveluri, este posibil să se obțină o inversare a diferenței în populațiile de nivel și (Fig. 2) chiar și fără saturarea tranzițiilorsau . Pompând tranziția, se poate obține o inversare la tranziție dacă rata de relaxare este . procesează între niveluri și este mult mai mică decât rata de relaxare între niveluri și . Sub influența H. particulele se deplasează de la un nivel la altul și apoi ca urmare a relaxării. procesele cad la nivelul la care se acumulează. În același timp, nivelul rămâne practic gol, deoarece toate particulele care cad pe el trec rapid la nivelul H.Laserele cu gazsunt realizate prin curent direct sau pulsat. Energia H. este transferată electronilor liberi, care se ciocnesc cu atomii sau moleculele, îi ionizează sau îi excită. Simultan există un proces invers de recombinare a electronilor și ionilor cu formarea de particule excitate. Particulele excitate se ciocnesc între ele și cu particulele neexcitate, schimbă energie de excitare și trec la alte niveluri de energie. Ca rezultat, se observă un spectru larg de excitații în plasma cu descărcare în gaze, iar stările inverse se descompun. tranzițiile cuantice în undă variază de la fracțiuni de milimetru la fracțiuni de micrometru.
Fig. 2. Pomparea unui sistem cu patru niveluri: distribuțiadiviziunea populației la nivel este de echilibru (а) șicondiții de pompare de tranziție (b).
Ca rezultat, chem. și fotochimie. reacțiile în gaze formează și ioni, atomi sau molecule în stare excitată. Ulterior chimie. transformare și relaxare. procesele duc adesea la inversiuni populaţionale sau imediate. produse de reacție sau impurități introduse special cu o structură energetică adecvată. niveluri. Laseruri cu descărcare în gaz și chimie. laserele pot avea un coeficient foarte mare (până la 50%). transformarea puterii H. în putere laser.
H.heterolaserese realizează prin curent continuu (sau pulsat). Sub influența unui puternicare loc curent continuu prin difuziap - n-joncțiunea purtătorilor de sarcină în zona joncțiuniip - nși concentrația acestora crește într-o asemenea măsură încât densitatea nivelurilor ocupate aproape de partea inferioară a benzii de conducție devine mai mare decât nivelurile de densitate ocupate din apropierea vârfului benzii de valență. La. se creează o inversare a diferenței de nivel de populație într-o zonă îngustă în apropierea tranzițieip - n. Heterolaserele se caracterizează și prin eficiență ridicată (până la 50%). Dr. eff mare. modul H. laser semiconductor este de a iradia cristalul cu un fascicul de electroni cu o energie de 10 3 -10 8 eV. Fasciculul de electroni pătrunde prin mijloace. grosimea cristalului și produce ionizare în volumul acestuia cu formarea de perechi electron-gaură cu o concentrație suficientă pentru generarea laserului. Eficiența unui laser cu fascicul de electroni H. poate ajunge la 30% la o putere de radiație de până la 1 MW.
În parametric aparate de bandă radio H. efectuează periodic. modificarea valorii capacității sau inductanței oscilează. circuit sau rezonator. Dacă capacitatea condensatorului scade în acele momente în care sarcina de pe acesta este maximă și crește din nou când sarcina este absentă, atunci energia acumulată în circuit crește periodic datorită H. În cel mai simplu caz considerat, frecvența acţiunea H. este de două ori mai mare decât a sa. frecvența circuitului, pe care are loc amplificarea sau generarea. Acest efect se numește parametrice câștig și este utilizat în amplificatoare radio și oscilatoare (veziGenerarea parametrică și amplificarea oscilațiilor electromagnetice).
Fenomene similare pot fi observate în optică interval atunci când este expus la o optică neliniară. mijlocul unei unde puternice H., care excită o undă de călătorie cu un indice de refracție în schimbare. Această undă, în condiții favorabile, generează un el.-magnet secundar. undă la o frecvență diferită defrecvența H. Condițiile pentru apariția unei unde secundare sunt excesul densității energetice a undei H. peste o anumită valoare de prag, potrivirea de fază a undei secundare și valul modificărilor indicelui de refracție. Ultima condiție poate fi realizată numai în medii anizotrope (cristale) sau în medii cu dispersie anormală.
H. a sunat de asemenea optice. optic neliniar generator de unde. efecte asociate cu studiul undelor secundare coerente, inclusiv combinarea forțată. împrăștiere și împrăștiere stimulată de Mandelstam --Brillouin.
Ref.:Yariv A., Electronica cuantică, trad. din engleză, ed. a II-a, M., 1980; 3velto O., Fizica laserelor, trad. din engleză, ed. a II-a, M., 1984; Karlov N.V., Prelegeri de electronică cuantică, ed. a II-a, M., 1988; Shen I. R., Principiile opticii neliniare, trad. din engleză, M., 1989.A. W. Francesson.