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第二章 介质中的光增益
光通过介质时,总是同时发生两种过程,即光
的受激吸收和光的受激发射。前者使介质中传
播的光不断减弱,后者使介质中传播的光不断
增强,哪一个过程起主要作用决定于粒子数目
按能级的分布情况。
粒子数正常分布: 光衰减;
高能级上的粒子数小于低能级上的粒子数。
粒子数反转分布: 光放大。
高能级上的粒子数大于低能级上的粒子数。
本章主要内容:
§2-1 粒子数的反转分布
§2-2 光在介质中的小信号增益
§2-3 介质中的增益饱和与烧孔效应
§2-1 粒子数的反转分布
激发态能级寿命
粒子数密度的差值
三能级系统与四能级系统
一、激发态能级寿命
E N
m m
两能级系统: Amn
E
n N
n
τ =1/A 是E 能级上粒子的平均寿命.
mn mn m
τ的物理意义:
在经过t τ的一段时间后,停留在激发态能级上的粒子数由于
自发跃迁已减少到t=0时刻的该能级粒子数的1/e(约36%).它
反映了粒子在该能级上的平均寿命.
三能级系统:
E N
τ=1/ (Amn +Amp) m m
A A
mn mp
E N
n n
E N
p p
E N
更一般的情况: m m
E N
m-1 m-1
E N
m-2 m-2
A =
m
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