НАКА́ЧКА
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
НАКА́ЧКА, передача энергии от внешнего источника в активную среду лазера с целью создания неравновесного состояния вещества и получения генерации излучения. Существует неск. способов Н.: оптическая – лампами или лазерами, напр. в твердотельных лазерах или лазерах на красителях; электрическая – электронным пучком, током инжекции в полупроводниковых или газовых лазерах; с помощью химич. реакций – в химич. лазерах; путём адиабатич. охлаждения газа, движущегося со сверхзвуковой скоростью, – в газодинамич. лазерах. Н. полупроводниковых лазеров осуществляют постоянным или импульсным током, под действием которого носители заряда инжектируются в зону $p–n$-перехода так, что плотность занятых уровней вблизи дна зоны проводимости становится больше их плотности вблизи потолка валентной зоны. Др. способ Н. полупроводниковых лазеров – накачка электронным пучком с энергией 103–106 эВ, ионизующим объём активной зоны до плотности электронно-дырочных пар, достаточной для генерации излучения.
Под воздействием электромагнитных полей, при соударениях с заряженными или нейтральными частицами и при др. способах передачи энергии электроны активной среды переходят с нижних энергетич. уровней на верхние – создаётся инверсия населённостей. Когда число электронов $N_1$ на верхнем уровне превышает число электронов $N_0$ на нижнем и инверсия $N_1-N_0{>}0$ достигает определённого порогового значения, возникает генерация излучения.
Классич. трёхуровневый метод Н. (Н. Г. Басов, А. М. Прохоров, 1955) сводится к тому, что к двум рабочим уровням лазера (основной 0 и верхний метастабильный 1) добавляется вспомогательный уровень 2, расположенный выше уровня 1 (рис., а). Электроны с уровня 0 переходят на уровень 2, с которого быстро релаксируют на уровень 1. Для достижения инверсии населённостей на нижнем уровне 0 должно быть менее половины всех рабочих частиц. Более выгодна схема Н. с четвёртым вспомогательным уровнем 1′, когда рабочим является метастабильный переход между уровнями 1–1′, при этом электроны с уровня 1′ быстро релаксируют на осн. уровень 0 (рис., б). В четырёхуровневой схеме, в отличие от трёхуровневой, населённость нижнего уровня 1′ рабочего лазерного перехода может быть близкой к нулю. Метод был предложен в 1961 Э. Снитцером (США).
Н. называют также оптич. волну, порождающую в среде нелинейные оптич. эффекты, связанные с излучением вторичных когерентных волн: параметрич. взаимодействия, вынужденное комбинационное рассеяние и вынужденное рассеяние Мандельштама – Бриллюэна.
