激光跃迁

2021-02-23 10:34:25 浏览:946

定义

光学跃迁中的受激辐射被用于光学放大。

激光跃迁过程(放大器跃迁)是发生在一些激光活性离子的两个量子能级之间的跃迁过程,例如,产生受激辐射然后得到光学放大。这一放大过程可用于光纤放大器或者激光器。

需要满足一些条件才能使光学跃迁过程成为有效的激光跃迁过程:

1、需要采用一些方法来使激发态粒子数增加,例如,采用光学泵浦。
2、理论上来说,从高能级向低能级的受激辐射过程应该是主要过程,也就说其它的辐射和非辐射跃迁都应该相对很弱。如果定量化表示,即上能态寿命要大于受激辐射速率的倒数。
3、存在一个机制能在受激辐射后很快使低能级粒子数减少,这样该跃迁过程的重吸收效应不会很强。

图 1 多个激光活性离子的能级示意图,箭头表示重要的泵浦跃迁(蓝色)和放大跃迁(红色)。每一条水平线都代表整个斯塔克能级,包含许多子能级。能级能量和跃迁波长依赖于宿主材料。图中虚线表示非辐射多光子跃迁。

一些激光增益介质的激光跃迁过程近乎理想化。例如,掺钕的Nd:YAG的跃迁发生在能级 4F3/24I11/2之间,受激辐射发生在1064nm处。有效的泵浦可以在808nm附近(尽管存在严重的量子缺陷),上能级的自发辐射过程很弱(由于辐射带宽比较窄),并且低能级粒子数也通过多光子跃迁而快速减少。

也有些介质是准三能级介质,于是第三个条件不是很好的满足,因为低能级是基态。存在的例子为:Yb:YAG在1030nm和1050nm的跃迁过程,以及在Nd:YAG中从4F3/2 向基态4I9/2 946nm的跃迁过程。在激光跃迁过程中的重吸收过程会提高泵浦功率阈值,但另一方面,这种跃迁具有非常低的量子缺陷,因此如果激光设计被相应优化的情况下会有很高的激光工作效率。

参阅:受激辐射、四能级和三能级增益介质、上能态寿命、跃迁截面、放大器、激光器、物理原理

放大器

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