Пікір жазғандар

жүктеу/скачать 3,31 Mb.

бет	93/109
Дата	29.12.2023
өлшемі	3,31 Mb.
	#145008

1 ... 89 90 91 92 93 94 95 96 ... 109

Байланысты:
Аскын кітап

12.5. Спонтанды және индукцияланған сәулелену. Қатты денелік лазерлер

Экситондық рекомбинация. Жоғарыда айтқандай, жарты- лай өткізгіштерде жарықтың жұтылуы кезінде кулондық тарты- лысымен байланысатын электрон-кемтік жұбының, яғни экси- тондардың пайда болуы мүмкін. Егер бұл жұп аннигиляциялан- са, фотон сәулеленеді. Сәулелену энергиясы

h  E_g E_ex^.^(12.22)
Экситон қозған күйге ие болғандықтан, экситондық реком- бинациямен түсіндірілетін, сәулелену қозған күйдің ауысуына байланысты туындайтын жіңішке сериядан құрылады.

12.5. Спонтанды және индукцияланған сәулелену. Қатты денелік лазерлер

Кванттық жүйенің қозған күйден негізгі күйге өтуі өздігінен және сыртқы әсерден болуы мүмкін. Бірінші жағдайда спонтан- дық, ал екінші жағдайда индукцияланған деп атайды (немесе мәж- ^{бүрлеу). Мәжбүрлі ауысулар, мысалы, энергиясы hν = Е}2 ^{– Е}1 ^{болатын (мұндағы Е}2 ^{– қозған күйдің энергиясы, Е}1 ^{– негізгі}күйдің энергиясы), фотонның әсерінен өтуі мүмкін. Спонтандық және индукцияланған ауысулар сәуле шашырататын бола алады. Спонтандық ауысулар салдарынан туатын сәулеленуді спонтан- дық, ал индукциялық ауысулар салдарынан туатын сәулеленуді индукциялық (немесе мәжбүрлі) деп атайды.

265

Спонтандық ауысулар жүйенің әр бөлігінде бір уақытта емес және тәуелсіз жүзеге асады, сондықтан осы ауысулар кезін- дегі сәулелендіретін фотондардың фазалары бір-бірімен байла- ныссыз. Осыдан басқа сәуле шашырататын фотонның таралу бағыты мен поляризациясы кездейсоқ сипаттама береді. Соны- мен, спонтандық сәулелену когерентті емес болады.

Индукциялық мәжбүрлегіш ауысулардікі сияқты мінездеме- ге ие болады. Индукцияланған фотондар мәжбүр ауысулар сал- дарынан туған фотондар сияқты, сондай жиілікке, фазаға және поляризацияға ие болады.
Электрмагниттік толқындардың кванттық жүйемен қозды- рылған индукцияланған сәулелену құбылысына негізделген оп- тикалық кванттық генераторлар (лазерлер) жатады. Лазердің жұ- ^{мыс істеу принципін екі Е}2 ^{және Е}1 ^{энергетикалық деңгейлердің (Е}2 ^{> Е}1 ^{) кванттық ауысуларын қарастырса түсінікті болады.}
Термодинамикалық тепе-теңдік күйде кез келген энергети- калық деңгейдің толтырылу ықтималдылығы оның энергиясы- ^{ның өсуінен азаяды. Сонымен, кванттық жүйеде Е}2 ^{күйіндегі n}2 ^{бөлшектерінің саны Е}1 ^{күйдегі n}1 ^{бөлшектерінің санынан аз.}Басқаша айтқанда, үстіңгі деңгейде қоныстанған бөлшектер ас- тыңғы деңгейде қоныстанған бөлшектерге қарағанда аз. Осын- дай жүйелерде спонтандық және индукцияланған сәулеленуден басқа электрмагниттік энергияның жұтылуы жүреді. Фотондар ^{hν = Е}2 ^{– Е}1 ^{энергиясымен жұтылады, ал бөлшектер Е}1 ^{деңгейі- нен Е}2 ^{деңгейге өтеді. Өйткені n}1 ^{> n}2 ^{жұтылуы доминанттаушы. Бұл жағдайда индукцияланған ауысулар Е}2 ^{→ Е}1^{, бұл жағдайда}тек жұтылу коэффициентін азайтады.
^{Бірақ егер жүйеде n}1 ^{> n}2 ^{шартын қанағаттандырсақ, жағдай}өзгеруі мүмкін. Мысалы, мұндай күйге инверстік қоныстану жатады. Бұл жағдайда индуцирленген сәуле шығару процесі жұ- тылу процесіне қарағанда басымырақ болады, жоғарғы деңгей- дің қоныстануы төменгі деңгейдегі қоныстануға теңескенше орын алады. Сонымен, инверстік қоныстануы бар ортада жа- рықтың күшеюін алуға болады. Бірақ негізгі мәселе – инверстік қоныстануды алу. Бұл жүйенің ең ұтқыр шешімі үш деңгейлі жүйе қолдану болып табылады.

266

12.9-суретте үш деңгейлі жүйе бейнеленген. Егер берілген ^{жүйеге ν = Е}2^-Е0^{/ h жиілікпен сәулелену әсер етсе, онда ол}қозған күйге өтеді. Жарықтың кванты жұтылады, ал бөлшектер ^{энергиясы Е}0 ^{күйден энергиясы Е}2 ^{күйге өтеді. Осындай Е}2 ^дең-гейдегі қоныстануды оптикалық тығыздау деп атайды. Қоныс- ^{тану инверсиясы Е}2 ^{және Е}1 ^{(яғни n}2 ^{> n}1^{) деңгейлерінің немесе Е}1 ^{және Е}0 ⁽ⁿ1 ^{> n}0^{) деңгейлерінің араларынан алынды. Бірінші жағдайда күшейту Е}2 ^{→ Е}1^{, екінші жағдайда Е}1^{→ Е}0 ^{ауысуында пайда болады. Е}2 ^{және Е}1 ^{деңгейлерінің арасында қоныстану инверсиясы пайда болуы үшін Е}2 ^{→ Е}1 ^{ауысуындағы Е}2 ^{деңгейі Е}1^{→ Е}0 ^{ауысуындағы Е}1 ^{деңгейіне қарағанда баяу ауысуы керек. Сол кезде Е}2 ^{күйінде Е}1 ^{күйге қарағанда бөлшектер көп жинақ- талады. Бірақ осы процестің өтуі үшін Е}2 ^{→ Е}0 ^{ауысу ықтимал-}дылығы жеткілікті аз болуы керек.

Үш деңгейлі жүйеде қатты денелі лазерлер рубин кристалында ^{жұмыс істейді. Рубин – Аl}2^O3 ^{корунд кристалы құрамында Cr3+}хром иондарының қоспасы бар. Инверстік қоныстану және индук- цияланған ауысу хром деңгейлерінің арасында жүзеге асады.
Жартылай өткізгіш лазерлерде инверстік қоныстану әдісін жасайтын, заряд тасушылардың (р – n ) ауысуы арқылы өтетін, ең көп тараған әдіс инжекция әдісі болып табылады. Электрон- дық-кемтіктік ауысу – ол ауыспалы аумақ, бір жағында жарты- лай өткізгіш кемтіктік (р) өткізгіштікке, екінші жағында элек- трондық (n) өткізгіштікке ие болады. Сөз бір үлгі жайлы болып жатқанын айта кету керек, екі (р) және (n) типті үлгілер арасын- дағы түйіспелер емес.

жүктеу/скачать 3,31 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 ... 89 90 91 92 93 94 95 96 ... 109