ПОМПА е
В класическия тристепенна система (фиг. 1) за получаване на инверсия на популациите на квантовите енергийни нива в процеса на Х. ел.-маг. вълната насища квантовия преход между долните ( ) и горните ( ) нива. Насищането се състои в изравняване на популациите на тези нива. При условия на насищане на прехода населението на нивото може да бъде по-голямо или по-малко от населението на нивата и .
Фиг. 1. Изпомпване на тристепенна система: разпределениеразпределението на популацията е равновесие (а) ипреходни условия на изпомпване (b).
В резултат на това възниква инверсия на населението при един от преходите или . Интензитет ел.-магн. поле З. трябва да е такова, че индуц. квантовите преходи се случват много по-често от релаксацията. преходи от ниво на ниво и . Схемата на три нива на изпомпване се използва в квантовите усилватели на радиообхвата (мазери) и в оптичните. рубинени квантови генератори (лазери). В последния случай е възможно да се работи само в импулсен режим, тъй като за насищане на оптиката. Квантовият преход в твърдо тяло изисква много висока енергийна плътност H. под въздействието на силно нагряване и разрушаване на рубинения прът (вижТвърдотелен лазер).Възможни са по-сложни схеми на H. квантови системи, напр. четиристепенна схема H. неодимов йонен лазер. Извършете насищането на квантовите преходи в оптичните. обхват с използване на нелазерни H. топлинни източници е много трудно. От друга страна, при условия на термично равновесие при обикновена температура, почти всички квантови частици са на самото дъно. ниво. Чрез избор на вещество с четири енергийни нива, с благоприятни съотношения на скоростите на релаксация. преходи между нивата е възможно да се получи инверсия на разликата в популациите на нивата и (фиг. 2) без насищане на преходитеили . Чрез изпомпване на прехода може да се получи инверсия при прехода, ако скоростта на релаксация е . процеси между нивата и е много по-малка от скоростта на релаксация между нивата и . Под въздействието на H. частиците се преместват от ниво на ниво и след това в резултат на релаксация. процесите спадат до нивото, където се натрупват. В същото време нивото остава практически празно, тъй като всички частици, попадащи върху него, бързо преминават на ниво H.Газовите лазерисе извършват с постоянен или импулсен ток. Енергията H. се предава на свободни електрони, които се сблъскват с атоми или молекули, йонизират ги или ги възбуждат. Едновременно има обратен процес на рекомбинация на електрони и йони с образуването на възбудени частици. Възбудените частици се сблъскват помежду си и с невъзбудени частици, обменят енергия на възбуждане и преминават към други енергийни нива. В резултат на това в газоразрядната плазма се наблюдава широк спектър от възбуждания и се разлагат обратни състояния. квантови преходи във вълновия диапазон от фракции от милиметър до фракции от микрометър.
Фиг. 2. Изпомпване на система от четири нива: разпределениениво разделяне на населението е равновесие (а) ипреходни условия на изпомпване (b).
В резултат на това хим. и фотохим. реакциите в газовете също образуват йони, атоми или молекули във възбудено състояние. Последващи хим. трансформация и релаксация. процесите често водят до население или незабавни инверсии. реакционни продукти или специално въведени примеси с подходяща енергийна структура. нива. Газоразрядни лазери и хим. лазерите могат да имат много голям (до 50%) коефициент. преобразуване на мощност H. в лазерна мощност.
H.хетеролазерисе осъществява чрез постоянен (или импулсен) ток. Под въздействието на силнапостоянен ток презp - n-преходдифузия на носители на заряд в зонатаp - n-преход и тяхната концентрация се увеличава до такава степен, че плътността на заетите нива близо до дъното на проводимата зона става по-голяма от плътността на заетите нива близо до върха на валентната лента. Да се. създава се инверсия на разликата в населението на нивата в тясна зона близо доp - n-прехода. Хетеролазерите също се характеризират с висока ефективност (до 50%). д-р висок еф. начин H. полупроводников лазер е да облъчва кристала с електронен лъч с енергия от 10 3 -10 8 eV. Електронният лъч прониква в средствата. дебелина на кристала и предизвиква йонизация в обема му с образуване на двойки електрон-дупка с концентрация, достатъчна за генериране на лазер. Ефективността на лазер с електронен лъч H. може да достигне 30% при мощност на излъчване до 1 MW.
В параметричния радиолентови устройства З. осъществява периодични. промяна в стойността на капацитета или индуктивността осцилира. верига или резонатор. Ако капацитетът на кондензатора намалява в онези моменти, когато зарядът върху него е максимален, и се увеличава отново, когато зарядът отсъства, тогава енергията, натрупана във веригата, периодично се увеличава поради H. В най-простия разглеждан случай честотата на действие H. е два пъти по-висока от собствената си. честотата на веригата, на която се извършва усилване или генериране. Този ефект се нарича параметричен усилване и се използва в радиоусилватели и осцилатори (вижтеПараметрично генериране и усилване на електромагнитни трептения).
Подобни явления могат да се наблюдават в оптиката диапазон, когато е изложен на нелинейна оптика. среда на мощна вълна H., която възбужда пътуваща вълна с променящ се индекс на пречупване. Тази вълна при благоприятни условия генерира вторичен ел.-магн. вълна с честота, различна отчестота H. Условията за възникване на вторична вълна са превишението на енергийната плътност на вълната H. над определена прагова стойност, фазовото съвпадение на вторичната вълна и вълната от промени в индекса на пречупване. Последното условие може да се реализира само в анизотропни среди (кристали) или в среди с аномална дисперсия.
Х. се обади също оптичен. нелинейна оптика, генерираща вълни. ефекти, свързани с изследването на вторични кохерентни вълни, включително принудителна комбинация. разсейване и стимулирано разсейване на Манделщам --Брилоуен.
Спр.:Ярив А., Квантова електроника, прев. от английски, 2-ро изд., М., 1980; 3велто О., Физика на лазерите, прев. от английски, 2-ро изд., М., 1984; Карлов Н.В., Лекции по квантова електроника, 2 изд., М., 1988; Shen I. R., Принципи на нелинейната оптика, прев. от англ., М., 1989.А. W. Francesson.