TD 7:四能级系统,粒子数反转
TD 7:四能级系统,粒子数反转
1. 考虑在稳态条件下的粒子数和粒子数反转
- 根据平衡态有:$\frac{dN_i}{dt} = 0$
- 得到:
- 得到$\Delta N$:
- 发现,对于四能级系统来说,只要有Le taux de pompage泵浦$R_p>0$,就有$N_3,N_2$粒子数反转
- 能量变化:
- $\beta$ :放大、增益系数 le coefficient d’amplification du milieu
2. 谐振腔
两面反射率都是R,介质为四能级物质,入射光为$\nu_{14}$,放大系数为$\beta$,衰减系数$\alpha$,反射率导致的损耗$\gamma = ln(R)$
- 走完2L的能量:
- 为了保证能量不损失,得到激光器增益阈值$\beta_s$:$\gamma-\alpha L+\beta L>0 \Rightarrow \beta_s = \alpha-\frac{\gamma}{L}$
- 同理得到粒子差阈值:$\Delta N sB{32}h\nu_{32}\frac ncg = \alpha-\gamma/L \Rightarrow \Delta N_s = 1.6\times10^{20}atoms/m^2$
3. 功率阈值,输入功率和输出功率之比
- 当功率小于阈值时,输出为0,大于阈值时,$\Delta N = \Delta N_s$为常数,输出功率与输入功率呈线性关系
- $Rp \le R_s, \quad W = 0, \quad R_s = \Delta N_sA{32} = 1.33\times10^{23}atoms/m^{-3}$
- 功率$Ps = R_s.h\nu{41}.V = Rs.h\nu{41}.S.L = 3.19mW$
- 只要种子光的功率超过$P_s$,则出光
输入功率为15W时,
- $P{in} = R_ph\nu{41}.V$
- $P{out} = (R_p-R_s)h\nu{32}.V$
- $\frac{P{out}}{P{in}} = \frac{v{32}}{v{41}}(1-\frac{Rs}{R_p})\approx\frac{v{32}}{v_{41}}=76\%$
- $P_out = 11.5W$
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