Инверсная заселенность

Длины звеньев механизма удовлетворяют условию ЛВ : АС = BQ : СР. Звено 2 вращается вокруг неподвижной точки А, являющейся центром инверсионного преобразования. Звенья 3 и 5 входят во вращательные пары В и С со звеном 2 и вращательные пары Q и Р с ползунами 4 и 6, скользящими по оси Аа звена 1, вращающегося вокруг неподвижной оси А. При движении одной из точек Р и Q по произвольной кривой другая точка движется по кривой, являющейся инверсией первой, т. е. механизм осуществляет инверсионное преобразование вида

Длины звеньев механизма удовлетворяют условиям: АС : АВ = СР:BQ и б = = а + р\ Звено 2 вращается вокруг неподвижной точки А, являющейся центром инверсионного преобразования. Звенья 3 и 5 входят во вращательные пары В и С со звеном 2 и вращательные пары Q и Р с ползунами 4 к 6, скользящими вдоль сторон а и b звена 1 коленчатой формы, вращающегося вокруг неподвижной оси А. При движении одной из точек Р и Q по произвольной кривой другая точка движется по кривой, являющейся инверсией первой, т. е. механизм осуществляет инверсионное преобразование вида

Длины звеньев механизма удовлетворяют условию АС : ВС= СР : BQ. Звено 2 вращается вокруг неподвижной точки А, являющейся центром инверсионного преобразования. Звенья 3 и 5 входят во вращательные пары В и С со звеном 2 и вращательные пары Q и Р с ползунами 4 и 6, скользящими по оси Аа звена 1, вращающегося вокруг неподвижной оси А. При движении точки Р или Q по произвольной кривой другая из этих точек движется по кривой, являющейся инверсией первой, т. е. механизм осуществляет инверсионное преобразование вида

Длины звеньев механизма удовлетворяют условиям: ВР = BD и АВ > > ВР. Звенья / и 2 вращаются вокруг неподвижной точки Л, являющейся центром инверсионного преобразования. Звенья 3 и 4 входят во вращательные пары В со звеном 2 я во вращательные пары Р и Q с ползунами 5 и 6, скользящими вдоль оси Аа звена /. При любой конфигурации механизма точки А, Р и О лежат на общей прямой. При движении точки Р или D по произвольной кривой другая из этих точек движется по кривой, являющейся инверсией первой кривой, т. е. механизм осуществляет инверсионное преобразование вида

Длины звеньев механизма удовлетворяют условиям: ВР = BQ и АВ < < ВР. Звенья / и 2 вращаются вокруг неподвижной точки А, являющейся центром инверсионного преобразования. Звенья 3 и 4 входят во вращательные пары В со звеном 2 и во вращательные пары Р и Q с ползунами 5 и 6, скользящими вдоль оси Аа звена /. При любой конфигурации механизма точки А, Р и Q лежат на общей прямой. При движении точки Р или Q по произвольной кривой другая из этих точек движется по кривой, являющейся инверсией первой, т. е. механизм осуществляет инверсионное преобразование вида

Звено 2, выполненное в виде Т-образного рычага, вращается вокруг неподвижной точки А, являющейся центром инверсионного преобразования, входя во вращательную пару В с коленчатым звеном /. Ползуны Зкб, входящие во вращательную пару Я, и ползуны 4 и 5, входящие во вращательную пару Q, скользят по сторонам & и а звеньев 2 и /. При любой конфигурации механизма точки Q, А и Р лежат на общей прямой Ь — Ь. При движении точки Р или Q по произвольной кривой другая из этих точек движется по кривой, являющейся инверсией первой, т. е. механизм осуществляет инверсионное преобразование вида

Звено 2, вращающееся вокруг неподвижной точки А, являющейся центром инверсионного преобразования, входит в поступательную пару с крестообразным ползуном 5 со взаимно перпендикулярными осями движения и с ползуном 3, скользящим вдоль оси АВ звена 2. Звено I, вращающееся вокруг неподвижной оси А, входит во вращательную пару В со звеном 4, скользящим в ползуне 5, и в поступательную пару с ползуном 6, входящим во вращательную пару с ползуном 3. При любой конфигурации механизма точки A, Q и Р лежат на общей прямой АЬ. При движении точки Р или Q по произвольной кривой другая из этих точек движется по кривой, являющейся инверсией первой, т. е. механизм осуществляет инверсионное преобразование вида

Длины звеньев механизма удовлетворяют условиям: AB:AD = BQ:DP и АС:АЕ = ~CQ:EP. Звено 2 вращается вокруг неподвижной оси А, являющейся центром инверсионного преобразования. Звенья 3 и 4 входят во вращательную пару Q и во вращательные пары В и С со звеньями 2 к 1. Звенья 5 и б входят во вращательную пару Р и во вращательные пары D и Е со звеньями 2 и 1. Звено / вращается вокруг неподвижной оси А. При любой конфигу-' рации механизма точки А, Р и Q лежат на общей прямой. При движении точки Q или Р по произвольной кривой другая точка движется по кривой, являющейся инверсией кривой, т. е. механизм осуществляет инверсионное преобразование вида AP-AQ=AB-AD — DP-BQ =

Длины звеньев механизма удовлетворяют условиям: АС:АВ= =CP:BQ; AE:AD=EP:DQ; 0= =«-1-0. Звено 2 вращается вокруг неподвижной точки А, являющейся центром инверсионного преобразования. Звенья 3 и 5 входят во вращательные пары В к С со звеном 2 и вращательные пары Q и Я со звеньями 4 и 6. Звенья 4 и 6 входят во вращательные пары D и Е со звеном /, вращающимся вокруг неподвижной оси А. При движении точки Р или Q по произвольной кривой другая точка движется по кривой, являющейся инверсией первой, т. е. механизм осуществляет инверсионное преобразование вида AP-AQ=BQ-CP =

Длины звеньев механизма Удовлетворяют условиям: ЛВ=ДС = Ог =&Q=o и AD=BP=CQ=b. Фигура ABPD является антипараллелограммом, а фигура ADQC - параллелограммом. Звенья / и 2 вращаются вокруг неподвижной точки А, являющейся центром инверсионного преобразования. Звенья 3 и 4 входят во вращательные пары В и С со звеном 2 и во вращательные пары Р и Q со звеньями 5 и 6, входящими во вращательные пары D со звеном /. При любой конфигурации механизма точки А, Р и Q лежат на общей прямой. При движении точки Р или Q по произвольной кривой другая точка движется по кривой, являющейся инверсией первой, т. е. механизм осуществляет инверсионное преобразование вида

Длины звеньев удовлетворяют условиям: AC:AE=CQ:EP; AB:AD= —BQ:DP. Звено 2 вращается вокруг неподвижной точки А, являющейся центром инверсионного преобразования. Звенья 3 и 4 входят во вращательные пары ? и С и вращательные пары Р и Q со звеном 2 и звеньями 5 и 6. Звенья 5 и 6 входят во вращательные пары D и В со звеном /, вращающимся вокруг неподвижной оси А. При любой конфигурации механизма точки Р, Q и А лежат на общей прямой. При движении точки Р или Q по произвольной кривой другая точка движется по кривой, являющейся инверсией первой, т. е. механизм осуществляет инверсионное преобразование вида

•уровневые, а трех- и более уровневые квантовые системы. Уровни, •переходы между которыми обусловливают стимулированное излучение, называют рабочими; уровень, который возбуждается внешним воздействием, называют уровнем возбуждения, а сам процесс возбуждения — энергетической накачкой; уровень, на котором находились частицы до накачки, называют основным (рис. 12.15). Энергетическая накачка стремится выравнять населённость уровней ?, и Ея. Если при этом населенность уровня Е2 сохраняется неизменной, то населенности уровней ?г и Е3.приближаются к величине (п9 + fti)/2. При («з + «i)/2 > «2 будет достигнута инверсная заселенность уровней Е3 и Е2 и рабочим переходом будет Е3-*--Ег (рис. 12.15, а). Если же (я3 + rtJ/2 < nz, то инверсная заселенность будет между уровнями Е2 и ?\ и рабочим переходом будет ?2 ->• Ег (рис. 12.15, б).

После окончания возбуждения среды инверсная заселенность в случае малой интенсивности электромагнитного поля описывается уравнением

Необходимо отметить, что в системе, состоящей только из двух энергетических уровней (так называемые двухуровневые системы), получение стационарной инверсии невозможно. Действительно, если верхний уровень возбуждается резонансным излучением, то при Nsg\ = = N\g2 вероятности процессов вынужденного поглоще-ния и испускания сравниваются и получение инверсии становится невозможным. Аналогичная ситуация имеет место и при возбуждении частиц в результате процессов столкновения (например, с электронами или атомами). В этом случае по мере нарастания заселенности верхнего уровня возрастает вероятность его тушения в процессах столкновения с частицами и заселенность верхнего уровня не может превышать описываемый уравнением Больцмана (1.17) заселенности с температурой возбуждающих частиц. Так как эта температура всегда положительна, то N? всегда меньше NI. Инверсная заселенность может возникать лишь в том случае, если кинетика возбуждения и расселения верхнего и нижнего уровней определяется разными процессами. Для получения инверсии система должна иметь не менее трех энергетических уровней. Один из этих уровней может быть основным.

Таким образом, инверсная заселенность в трехуровневой системе возможна лишь в том случае, если в возбужденном состоянии находится более половины всех активных частиц. Это условие налагает серьезные требования на скорость возбуждения, а следовательно, и мощность энергии накачки.

Более распространенной и свободной от указанных недостатков является четырехуровневая схема получения инверсной заселенности, изображенная на рис. 1.7,6. Усиление излучения средой с такой энергетической схемой уровней активных частиц возможно для перехода между уровнями 2 и /. Возбуждение уровня 2 осуществляется так же, как и на рис. 1.7, а, путем безызлучательного перехода 3 -*• 2, а нижний рабочий уровень / должен эффективно расселяться путем безызлучательных переходов / ->-0. Условия, при которых в такой системе может возникнуть стационарная инверсная заселенность, имеют вид

pec вызывает их использование для накачки рабочего тела. Инверсная заселенность активных частиц, а иногда и их образование происходят аналогично газоразрядному способу и поэтому эти методы возбуждения напоминают друг друга. Различие заключается лишь в том, что при пучковом возбуждении электроны не рождаются в рабочем теле, а вводятся в него из специального ускорителя.

При газодинамическом способе инверсная заселенность среды получается за счет различных времен релаксации верхнего и нижнего лазерных уровней, происходящей при резком расширении предварительно нагретого рабочего тела с равновесной заселенностью уровней. Он отличается от других способов возбуждения тем, что преобразование тепловой энергии в энергию излучения осуществляется непосредственно, без использования электрической энергии. Благодаря возможности получения больших расходов смеси газодинамический способ накачки используется при создании технологических лазеров повышенной мощности.

Газоразрядные СО2-лазеры являются наиболее ярким представителем семейства так называемых молекулярных лазеров, инверсная заселенность в которых созда-

Как уже отмечалось выше, заселенность нижнего лазерного уровня находится в равновесии с основным и описывается законом Больцмана, т. е. возрастает с ростом Тг экспоненциально (кривая 2 на рис. 4.4). В связи с этим при достижении некоторой критической температуры Гтах инверсная заселенность лазерной смеси исчезает. Максимальная инверсия достигается при оптимальных температурах смеси Гор(. Точные расчеты, проведенные для типичных условий ССЬ-лазеров с помощью соотношения (4.8), дают Гтах~700...800 К и Гор1~400...500К.

Как видно из табл. 4.2, времена колебательной релаксации для верхнего и нижнего лазерных уровней различны, причем тсо2 (001) >тСо2(ЮО). В результате этого через время ~тсо2(ЮО) в среде возникает инверсная заселенность (#ooi > #юо), сохраняющаяся в течение времени ~tco2(001). Это означает, что в заполненной на рис. 4.12, а точками области газодинамического тракта инверсия в потоке газа будет существовать стационарно и поэтому, разместив в этой области резонатор, можно получить непрерывную генерацию лазерного излучения.

малых поступательных температурах Тт из-за экспоненциального характера последнего сомножителя в (4.31) отношение NVii/Nv_\ !+\ может стать больше единицы, или, другими словами, инверсная заселенность между подуровнями (v, j) и (v — !,/+!) может появиться даже. при условии Na < JV0_i, т. е. в отсутствии полной инверсии между колебательными уровнями v к v — 1. Вращательные числа /, для которых Nttij > Na _,,,-_,_,, должны удовлетворять при этом условию