Сызықтық емес оптика түсінігі. Лазерлер

Ереже: Индукцияланған сәуле шығаруда резонанстық жарық алдын ала қозған атомды төменгі деңгейге ауыстырады. Атомның энергиясы қосымша фотонның энергиясына айналады.

Қолдану: Шартта атом алдымен жоғарғы деңгейде болған және түскен фотонға тағы бір фотон қосылған. Энергия балансы: атом ΔE жоғалтады, жарық өрісінің энергиясы ΔE-ге артады.

Қате нұсқалар: B) Спонтанды ауысуды түскен резонанстық фотон қоздырмайды; шартта дәл осы сыртқы фотонның әсері көрсетілген.

C) Жұтылуда атом энергия алады және түскен фотон жойылады; шартта атом бастапқыда жоғарғы деңгейде тұр әрі қосымша фотон шығарады.

D) Серпімсіз шашырауда фотон энергиясы өзгереді; мұнда қосылған фотон түскен фотонмен бір модада және бір жиілікте болады.

E) Иондануда электрон байланысқан күйден бос күйге өтеді; берілген процесс екі байланысқан деңгей арасында жүреді. Ишара: Алдымен атомның бастапқы деңгейін және жарық өрісіндегі фотон санының өзгерісін анықта.

Ереже: Бірдей статистикалық салмақты жұмыс деңгейлерінде инверсия Nжоғ > Nтөмен болғанда орындалады. Ол жарықты күшейту үшін жұтылудан басым индукцияланған шығару мүмкіндігін жасайды.

Қолдану: Берілген сандарды салыстырсақ, 8·10¹⁸ > 3·10¹⁸. Демек жоғарғы деңгей артық қоныстанған. Бұл шарт инверсияны көрсетеді, бірақ нақты генерация үшін резонатордағы шығындар да өтелуі қажет.

Қате нұсқалар: A) Атомдардың жалпы санының мұндай әмбебап шегі жоқ; инверсия екі жұмыс деңгейінің салыстырмалы қоныстануымен анықталады.

B) Инверсия төменгі деңгейдің толық бос болуын талап етпейді; негізгі шарт — бірдей салмақтарда Nжоғ > Nтөмен.

D) Тең қоныстануда бірдей статистикалық салмақ үшін жұтылу мен индукцияланған шығару теңеседі; бұл инверсия емес.

E) Энергия деңгейлерінің айырмашылығы өздігінен қоныстану инверсиясын білдірмейді; атомдардың санын салыстыру қажет. Ишара: Жалпы атом санын емес, екі жұмыс деңгейінің қоныстануын салыстыр.

Ереже: Метатұрақты деңгейдегі өмір сүру уақыты ұзақ болғандықтан, айдау арқылы келген атомдар онда жиналады. Бұл лазерлік ауысудың жоғарғы деңгейін артық қоныстандыруға көмектеседі.

Қолдану: E₃-тен атомдар E₂-ге тез келеді, ал E₂-ден баяу кетеді. Сондықтан үздіксіз айдау кезінде E₂-де жеткілікті атом жинауға болады; кейін олардың E₂→E₁ ауысуы лазерлік жарықты күшейтеді.

Қате нұсқалар: A) Ұзақ өмір сүру энергия өндірмейді: E₁-ден E₃-ке айдау үшін сыртқы энергия көзі әлі қажет.

C) E₂-де ұзақ сақталу жоғарғы жұмыс деңгейінің қоныстануын арттыру үшін қажет; E₁-де ұстау оған қарама-қарсы.

D) Деңгейдің энергиясы берілген; онда ұзақ тұру атом энергиясының үздіксіз өсуін білдірмейді.

E) Фотон энергиясы E₂−E₁ айырмасымен анықталады; деңгейде ұзақ тұру бұл айырманы нөлге түсірмейді. Ишара: Бөлмеге адамдар тез кіріп, баяу шықса, олардың саны қалай өзгеретінін елестет.

Ереже: Лазер резонаторы жарықты белсенді ортадан бірнеше рет өткізіп, оң кері байланыс жасайды. Жартылай мөлдір шығыс айнасы энергияның бір бөлігін пайдалы сәуле ретінде бөледі.

Қолдану: Екінші айна барлық жарықты өткізсе, қайталама өтулер азаяды; бәрін шағылдырса, осы айнадан пайдалы сәуле шықпайды. Аз өткізгіштік екі талапты — кері байланыс пен шығысты — қатар орындайды.

Қате нұсқалар: A) Қалыпты қозғалмайтын айнаның шағылуы өздігінен жиілікті екі еселемейді; жиілік түрлендіру үшін басқа механизм қажет.

B) Шығыс айнасының пайдалы қызметі жұту емес; жұтылу энергия шығынын арттырады және күшейтуге көмектеспейді.

C) Кері байланысты толық жою резонатор әрекетін тоқтатар еді; жартылай шағылу жарықтың көп бөлігін кері қайтарады.

E) Айна энергия көзі емес: ол бар жарықты шағылдырады не өткізеді; қосымша энергия белсенді ортадан келеді. Ишара: Бір айнаның шағылған және өткен бөліктерінің екі түрлі міндетін салыстыр.

Ереже: Бірдей уақыт аралығында ПӘК пайдалы энергияның жұмсалған энергияға қатынасына тең. Тұрақты не орташа қуаттар белгілі болса, η = Pопт/Pэл, ал пайыз үшін 100%-ға көбейтіледі.

Қолдану: Лазер 10 Вт электр қуатының 0,40 Вт-ын оптикалық сәулеге айналдырады: η = 0,40/10 = 0,04 = 4%. Қалған энергияның басым бөлігі жылуға және басқа шығындарға кетеді.

Қате нұсқалар: A) Бұл нәтиже тұтынған қуатты 1 Вт деп алуға сәйкес келеді; шартта ол 10 Вт.

B) 10/0,40 қатынасы пайдалы және тұтынған қуаттарды алмастырған; ПӘК кері қатынаспен есептелмейді.

C) Пайдалы қуатты тұтынған қуатқа бөлу қажет; берілген 0,40 Вт пен 10 Вт үшін 0,25 қатынасы шықпайды.

D) 0,40/10 = 0,04 — үлес түріндегі ПӘК; оны пайызға айналдырғанда 100-ге көбейту керек. Ишара: Алымға сыртқа шыққан пайдалы жарық қуатын қой.