Курс лекций Квантовая и оптическая электроника для направления подготовки

Когерентность.
Всякая электромагнитная волна имеет некоторую фазу, и для нескольких источников
фазы волн различны, если между фазами существует некоторая связь или корреляция, то
такие волны называются когерентными.
Различают пространственную и временную когерентность.
1.
Пространственная.
Если существует корреляция между фазами и излучающего волн источниками,
расположенных в разных точках, то в результате взаимодействия, возникает
интерференционная картина, т. е. чередование темных и светлых полос.
При 
полностью 
когерентных 
источников, 
интенсивность
меняется 
от
2
2
1
2
2
1
)
(
)
(
I
I
I
I



.
2.
Временная.
Если существует корреляция между фазами волн излучения, одним и тем же
источником, в разные моменты времени, то называется временной когерентностью.
Для того чтобы наблюдать временную когерентность, необходимо собрать схему:

---

L – длина когерентности.
L
ког. =
ct
ког.
, где
с – скорость света;
t
ког.
– время когерентности.
Время когерентности для обычного света, равно 10
-12
сек.
Длина для обычного света: L = 3 * 10
-4
м.
Длина когерентности для лазерного излучения, составляет: L = 3*10
7
м.
t = 10
-1
с.
Форма и ширина спектральной линии.
Мы рассмотрим узкие линии:

---

Энергетические уровни имеют некоторую величину, т. е. линии поглощающие
излучение имеют некоторую форму, эта форма характеризуется функцией g(ω), которая
характеризует форму линии, эта функция нормирована, т. е.



0
1
)
(

 d
g
.
Абсолютно узких уровней не существует, любой уровень имеет естественную
ширину. Естественная ширина линии связана с конечностью времени жизни на
энергетическом уровне, связана с помощью соотношения Гезенбера:
∆w∆t ≈ 2πh, где
∆w – не определенная энергия, дает ширину уровня;
∆t – время жизни на энергетическом уровне.
Уже этого предела линия быть не может. Естественная форма линии описывается
Лоренской кривой:
 


4
2
1
2
2









mn
g
.
Максимальная точка соответствует частоте перехода ω
mn
.
Рассмотрим некоторый газ: частицы газа находятся в хаотическом тепловом
движении, излучение частиц, движущегося с некоторой скоростью Доплер эффекта,
смещаются на величину: ω
o
с

,
где
ω
о
– частота излучения покоящийся частицы;
υ – скорость частицы;
с – скорость света.
Из-за наличия естественной ширины линии, излучение частицы будет представлять
собой спектральную линию с естественной шириной, сдвинутой по частоте, на величину
ω
o
с

.
Поскольку в газе находятся частицы с различными скоростями, сдвиги по частоте
будут различны. А форма линии излучения определяется функцией распределения частиц

---

по скоростям. В результате линия будет иметь большую ширину, и будет иметь
Гаусовский вид.
Чем выше температура, тем линия будет шире.

---

2.3 Создание инверсной населенности с помощью вспомогательного излучения или
оптическая накачка.
Пусть мы имеем систему, состоящую из двухуровневых атомов.
1