粒子数反转.ppt

粒子数反转(Population inversion)
1. 什么叫粒子数反转(what is the population inversion )
第八章现代光学( Modern Optics)
子, 称为光放大。
体积Sdz中进去时一个光子, 出来时多个光
粒子数反转(Population inversion)
1. 什么叫粒子数反转(what is the population inversion )
第八章现代光学( Modern Optics)
单位时间单位体积内
原子体系吸收的光能量:
受激辐射产生的光能量:
净生光能量可表示为:
粒子数反转(Population inversion)
1. 什么叫粒子数反转(what is the population inversion )
第八章现代光学( Modern Optics)
设为光强, , (c为光速)
有
令
解得:
粒子数反转(Population inversion)
1. 什么叫粒子数反转(what is the population inversion )
第八章现代光学( Modern Optics)
n2 > n1,时, , 光强将按指数增强。
n2< n1时, , 光强将按指数衰减。
通常情况下,n2总是小于n1, 总是负的,
吸收大于受激辐射。
在特殊情况下,n2大于n1, 为正的,称为
粒子数反转。这时受激辐射大于吸收。
粒子数反转(Population inversion)
2. 二能级系统(Two-level energy system)
第八章现代光学( Modern Optics)
不断抽运使处于
B12 = B21 = B ,
w12 = w21 = w
能否造成n2 > n1 ?
基态E1的原子激
发到激发态E2,
粒子数反转(Population inversion)
2. 二能级系统(Two-level energy system)
第八章现代光学( Modern Optics)
图中A21为E2 向E1的自发辐射系数,即自发
辐射速率,有
达到稳定时, 。故 n2 / n1 = w / (A21+w)
n2 总是小于n1,所以,二能级系统物质不
能实现粒子数反转。
粒子数反转(Population inversion)
3. 三能级系统( Three-level energy system )
第八章现代光学( Modern Optics)
粒子数反转(Population inversion)
3. 三能级系统( Three-level energy system )
第八章现代光学( Modern Optics)
能级E3 和E2上的粒子数变化率方程为:
粒子数反转(Population inversion)
3. 三能级系统( Three-level energy system )
第八章现代光学( Modern Optics)
达到稳定时,上二式等于0,有
n3 = (wn1 + w23n2 )/(A31+A32)
在A32>>A31,w>>w12时,有 n2 /n1 = w / A21
外界抽运速度足够大时,有可能使w >A21,
转。
从而使n2 > n1,使E2和E1二能级间的粒子数反
粒子数反转(Population inversion)
3. 三能级系统( Three-level energy system )
第八章现代光学( Modern Optics)
在三能级系统实现粒子数反转时,上能级是
亚稳态能级E2,下能级是基态能级E1。由于基
态能级上总是聚集着大量的粒子,因此,要实
现粒子数反转,外界抽运要相当强。这是三能
级系统的缺点。