Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Грибковский В.П. -> "Теория поглощения и испускания света в полупроводниках" -> 109

Теория поглощения и испускания света в полупроводниках - Грибковский В.П.

Грибковский В.П. Теория поглощения и испускания света в полупроводниках — М.: Наука и техника , 1975. — 464 c.
Скачать (прямая ссылка): teoriyapoglosheniyaiispuskaniya1975.djvu
Предыдущая << 1 .. 103 104 105 106 107 108 < 109 > 110 111 112 113 114 115 .. 176 >> Следующая

Несмотря на то что луч света можно заставить пройти в активной среде сколь угодно длинный путь, его интенсивность не станет бесконечно большой. Генерируемый луч наряду с усилением испытывает и оптические потери. Первый неустранимый вид потерь, называемых внутренними оптическими потерями, связан с рассеянием излучения в активной среде. Интенсивность рассеянного луча в элементарном объеме вещества прямо пропорциональна интенсивности падающего света S0 [572]. Поэтому чем длиннее путь света в активной • среде, тем больше его потери на рассеяние. В то же время коэффициент усиления уменьшается с ростом So (§ 15). Этих двух факторов достаточно, чтобы интенсивность лазерного излучения не увеличивалась до бесконечности.
Второй вид потерь связан с выходом части излучения за пределы резонатора через полупрозрачные зеркала, с дифракцией на краю зеркал и с поглощением в зеркалах.
В стационарном режиме мощность генерации всего объема активного вещества равна сумме всех потерь энергии излучения за единицу времени. Исходя из этого требования легко рассчитать коэффициент потерь резонатора Фабри — Перо для случая, когда коффициент усиления практически одинаков для всех участков рабочего вещества.
Проследим путь луча от левого зеркала (рис. 95, а) к правому и обратно в исходную точку. Если в начальной точке его
20*
307
интенсивность равна Sb то на границе со вторым зеркалом она станет равной Siexp[(/cyc—pH] - От второго зеркала с коэффициентом .отражения г 2 отразится луч с интенсивностью r2Siexp[(/Cyc—pH]. После прохождения обратного пути и отражения от первого зеркала для интенсивности луча в исходной точке будем иметь
Si = r1r2S1e2(AVc~p)*. (19.10)
Из требования стационарности генерации вытекает, что Si = Slt следовательно,
= 1 (19.11)
или
'С1“=Т|птЬг+р"*»- (,9'|2)
Равенство (19.12) можно рассматривать как энергетическое условие генерации в резонаторе Фабри — Перо. Из него следует, что в стационарном режиме генерации коэффициент усиления равен коэффициенту потерь кп.
Первое слагаемое, входящее в кп, характеризует потери излучения, связанные с его выходом из резонатора и отнесенные к единице длины пути света в активной среде
(19.13)
I У hr„
Чем больше длина активного стержня и больше коэффициенты отражения зеркал, тем меньше потери резонатора. Параметр р определяется оптической неоднородностью активной среды, дифракцией и поглощением света на зеркалах резонатора.
Кроме энергетического условия для получения генерации необходимо, чтобы удовлетворялось интерференционное условие существования стационарного электромагнитного поля в резонаторе. Если нет зазора между активной средой и зеркалами резонатора, то интерференционное условие для резонатора Фабри — Перо имеет вид [497]
l = s—, (19.14)
2
где s — целое число. Согласно (19.14), генерируются только такие типы электромагнитных колебаний, половина длины волны которых укладывается целое число раз на длине резонатора. Одновременно это служит условием образования стоячих волн в резонаторе.
308
Учитывая, что в ненагруженном резонаторе энергия волны убывает по экспоненциальному закону
s (t) =
и, следовательно, Лю = Krvg, с помощью (19.9) находим связь между добротностью резонатора и коэффициентом потерь:
Для кг = 20 см'1 и X = 1 мкм из (19.9а) находим Q да 3000.
Генерация по трехуровневой и четырехуровневой схемам.
Минимальная плотность накачки, достаточная для возникновения генерации, называется порогом генерации, или просто порогом. При оптической накачке порог характеризуется минимальной плотностью энергии возбуждающего света «п или соответствующей ип плотностью потока Sn или количеством электрической энергии Еп, запасенной в питающих лампы вспышки конденсаторах и достаточной для получения ип.
Общие выражения для порога и мощности генерации систем с дискретными уровнями энергии получены в работе [421]. Эти формулы позволяют разделить лазеры на две группы: трехуровневые и четырехуровневые независимо от фактического числа энергетических уровней в рабочем веществе. Такая классификация играет важную роль в понимании механизма генерации и с некоторыми оговорками применима к полупроводниковым лазерам. На этом вопросе необходимо остановиться более подробно.
Рассмотрим систему частиц с произвольным числом уровней энергии. Пусть частицы возбуждаются изотропной радиацией на частоте ат;, а генерация возникает на одной из частот со,,-. Так как частота генерации сог обычно лежит вблизи максимума линии поглощения, коэффициент усиления можно представить в виде
и подставляя (19.15) в (19.12), приходим к новой форме условия стационарной генерации
(19.9а)
4е К) = — кн ю = - — п,
где Да)”; — ширина линии поглощения. Вводя обозначение
*п К) PgA<
МО
(19.16)
ni— —п} = бнп. Si
(19.17)
309
Параметр 8у.. — безразмерная величина, равная отношению коэффициента потерь к максимальному значению коэффициента поглощения (шг), достигаемому при tij = п, т. е. xji (шг) = кп (сог, tlj = л).
Из формулы (19.17), выражающей закон сохранения энергии в резонаторе, следует, что для получения генерации недостаточно создать инверсную населенность, определяемую неравенством (19.2). Для генерации необходимо, чтобы избыток частиц на верхнем уровне составлял вполне определенную долю от общего числа частиц. Если gj—gu то эта доля равна bji-
Предыдущая << 1 .. 103 104 105 106 107 108 < 109 > 110 111 112 113 114 115 .. 176 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed