Инверсия населённостей в трёхуровневом атоме
Рассмотрим атом с тремя уровнями, показанными на рисунке. Накачка на частоте $f_p=(E_3-E_1)/h$ вызывает вынужденные переходы между первым и третьим уровнями с сечением $\sigma_{31}$. Третий уровень спонтанно распадается на второй со скоростью $\gamma_{32}$, а второй — долгоживущий, со скоростью распада $\gamma_{21}<\gamma_{32}$. При достаточной накачке между уровнями 2 и 1 можно создать инверсию, и свет на частоте $f_L=(E_2-E_1)/h$ будет усиливаться. Сечение вынужденных переходов между уровнями 2 и 1 равно $\sigma_{21}$. (a) В некоторых системах переход 3→2 недостаточно быстр, чтобы пренебречь населённостью уровня 3. Запишите скоростные уравнения для населённостей $N_1,N_2,N_3$. Интенсивность накачки $I_p$. Считайте интенсивность на частоте $f_L$ очень малой, чтобы она не меняла населённостей. Полное число атомов $N$. (b) Найдите стационарную населённость $N_2$. (c) Какова населённость второго уровня при очень большой интенсивности накачки? В оставшихся двух пунктах рассматривайте очень быструю релаксацию с третьего уровня: $\gamma_{32}\gg\gamma_{21}$. (d) Какова населённость второго уровня при очень большой интенсивности накачки? Объясните физическое отличие этого ответа от результата (c). (e) Какая минимальная интенсивность накачки необходима для усиления?
Предложить решение
Войти, чтобы отправить материал.