[DS 0]

В конце следующей недели постараюсь выяснить попредметнее, сейчас все знакомые, кто может быть в курсе таких экспериментов, в отпусках.

[DS 0]

А не скажите как это у американцев искать, боюсь, подстрочный перевод не пройдет.

 

Списался с автором статьи в КЭ, он посоветовал присмотреться вот к этим товарищам и ссылкам в их статье. О работах непосредственно с электронной накачкой он пока не знает.

random_laser.pdf

[Stanislav 0]

Простите за несколько запоздалый ответ - был в отпуске. :)

Stanislav, спор начался с другого утверждения - Alex255 утверждает, что отличительной особенностью лазера является оптическая обратная связь, я же утверждаю, что - наличие вынужденного излучения, теоретическое описание которого привел blackfin.

Насколько я понял, о вынужденном излучении как существенной характеристике квантового генератора заикнулся здесь первым Ваш покорный слуга. :) Именно в контексте пространственной когерентности.

Кроме того, сдаётся, что Alex255 вовсе не является противником этого утверждения.

 

...В любом (почти, есть исключения) лазере уже есть "частотнозадающая цепь" в виде уровня переходов (Alex255 до этой мысли дошел). Особенно в газовых лазерах, где уровни сохраняют дискретность. Поэтому в азотном лазере генерится именно вынужденное излучение, порожденное начальным спонтанным излучением. Поскольку вероятность излучения фотона в определенном состоянии прямо пропорциональна уже имеющемуся количеству фотонов в данном состоянии, то очень быстро (поскольку интенсивность моды растет по экспоненте при проходе среды), одна или, точнее, считанное число мод, "выжирают" все возбужденные уровни, гася не успевшие развиться моды. Таким образом получается вполне когерентный импульс. Разумеется, при следующем импульсе может развиться другая мода излучения - это вопрос вероятности.

Это понятно. Настолько, что теорфиз здесь представляется в виде пятой ноги в дополнение к собаке. Достаточно геометрии и элементарного теорвера.

 

О техническом ухищрении, не дающем спонтанному излучению заставить суперлюминисцировать одновременно по всему объему после разряда, погасив тем самым возбуждение, предлагаю подумать.

Собственно, этот вопрос меня и занимает, и дискуссия интересна лишь в его контексте. Каким образом это достигается? Искать инфу лень, есть охота пошевелить мозгами.

Итак, моё рассуждение: чтобы получить когерентный волновой фронт, необходимо, во-первых, создать преимущественное направление в среде. Это либо оптический резонатор (ОС), либо коллиматор. В случае длинной тонкой трубки без зеркал и без отражений от боковых поверхностей последнее условие выполняется.

Далее, нужно создать условия, при котором "сброс" возбуждённой среды начнётся вблизи одного из её концов, тогда, при распространении вдоль трубки волна будет усиливаться, хотя, "КПД" системы, как мне кажется, будет весьма невелик.

Вопрос именно в том, как можно родить тот самый первый "нужный" фотон в "нужном месте"? Причём без участия внешнего возбудителя. Пока не додумался... :)

 

Вообщем-то внешне это скорее похоже на захват частоты, хотя никаких опытов доказывающих это я не знаю. А статистики Бозе-Эйнштейна явно мало для описания взаимодействия излучения с веществом.

Конечно. Хотя бы по той простой причине, что данная статистика призвана лишь описАть наблюдаемые в природе явления. :)

 

PS. Только, пожалуйста, не надо копировать главу вторичное квантование из учебника, хватит теории Лэмба, а то поле квантовать на форуме по электронике это уже перебор.

Ну, эта просьба явно не ко мне.

 

Да.. Замечательное утверждение.. Такое можно написать только в 4 часа ночи..

Понять смысл спора и дочитать тему до конца мне удалось только к этому моменту. Чего не скажу о некоторых участниках.

 

...Тогда уж добавьте, что и электродинамика Максвелла ничего не объясняет.

Простите, из чего следует это утверждение?

Я готов присягнуть, что электродинамика Максвелла не объясняет лишь то, почему переменное электрическое поле рождает магнитное и наоборот.

 

...А если учесть, что она, к тому же, некоторым образом входит в курс теорфиза,

Вот-вот. Именно "входит".

...то ссылки на уравнения Кирхгофа, мосты Вина, двойные Т-мосты, резонаторы,

коэффициенты усиления здесь тоже "действительно не при чём"..

А вот здесь Вы, как мне кажется, глубоко заблуждаетесь.

Суть явлений очень даже похожа (если на миг сбросить шоры теоретических абстракций).

Колебательные явления есть неотъемлемая сущность природы, и взаимосвязь, казалось бы, таких непохожих вещей, как генератор с мостом Вина и лазер, мне представляется гораздо более тесной, чем может показаться на первый взгляд. Впрочем, это оффтоп, сорри...

 

Да, возможно КЭД не вполне идеальная теория "дающая количественное описание"

взаимодействия излучения с веществом..

Но это лучшее, что имеется на сегодняшний день.

Хорошо, тогда дайте качественное. Повторяю, вопрос именно в этом.

А теорфиз, повторюсь, с моей точки зрения является именно тем, о чём я и написал. Если есть возражения - с удовольствием ознакомлюсь.

Контрапупить же неискушённую аудиторию операторами уничтожения и рождения фотона, не особенно озаботившись понять смысл написанного, мне кажется не слишком уместным. Могут понять превратно.

 

Механизм выбора направления и фазы излучения не обязательно должен быть резонаторным - главное механизм генерации излучения должен быть вынужденным, а результирующее излучение - когерентным.

В принципе, согласен, но возражений против этого и не было доселе. Конечно, в среде с равновероятным пространственным направлением вынужденное излучение существовать может, но когерентным оно не будет.

 

...В азотном лазере пространственная селекция осуществляется отнюдь не резонаторным методом, а соостветствующим времменЫм распределением момента накачки активной среды. Этим он отличается от суперлюминисцентного источника, в котором нет специально выделенных направлений.

Простите, когда я начал писать пост, до этого не дочитал.

Стало быть, имеет место "волновое" возбуждение среды от одного конца к другому?

Честно говоря, не могу представить, что оно может распространяться со скоростью, близкой к скорости света в газе.

 

...И я что-то никогда не слышал, чтобы времязадающую RC цепочку, скажем в мултивибраторе, называли резонатором.

Я об этом как раз и писал. Мультивибратор есть разновидность релаксационного генератора. В оптической системе без ОС, как мне кажется, возможен только такой вид генерации.

 

Нашел определние лазера товарища Летохова - он их подразделяет на лазеры с резонаторной (когерентной) обратной связью и без таковой, т.е. с обратной связью, имеющей какую-либо иную природу. Система вообще без обратной связи называется лазерным усилителем внешнего или собственного спонтанного светового сигнала.

2 blackfin

Вот именно. Я же приводил пример генератора с внешним возбуждением и автогенератора. А Вы говорите, что "радиотехнические" аналогии неуместны...

 

 

Эйнштейн предположил существование стимулированного излучения еще кажется в 1905 году, почти за полвека до экспериментального подтверждения. Вот Вам сила теории. Все там уже описано.

Если не трудно, дайте ссылочку.

 

...В курсовике по квантам был раздел "скорость перехода при взаимодействии эл. поля с системой с дискретным спектром". Скорость перехода определяется квадратом дипольного матричного элемента. Это лишь один из вариантов.

Спор начался после того, как я объяснил разницу между лазером на основе лазерного диода и собственно лазерным диодом.

Простите, но мне кажется, что основные участники не договорились именно по поводу определений.

Попробую дать своё определение лазера.

Лазер - это генератор когерентной световой волны, возникающей вследствие вынужденного излучения. При бесконечной апертуре - с плоским фронтом.

Когерентность есть "идентичность" фотонов - одинакова не только частота, но и направление распространения, фаза и поляризация (если не считать её фазой).

Впрочем, по-моему, для разрешения вопроса следует опуститься (или подняться) на макроуровень, и не рассматривать квантовые явления вовсе, т.к. они только напускают туман в обсуждение.

...Господа! Неужели все так запущено? Хоть кто нибудь здесь знает какие системы описывает данное распределение и что лазер здесь совершенно не причем!?

Да знаем, знаем, и даже то, что иногда при чём, при чём...

Только для обсуждения данного вопроса упоминать о ней действительно не стоит.

 

...Вас не затруднит привести соответствующую ссылку где я говорю об оптической обратной связи?

Ну, тогда не мешало бы привести ссылочку, где написано, что оптическая резонатор не является разновидностью оптической обратная связи. :)

 

Она действительно описывает РАВНОВЕСНЫЕ(!!!) системы частиц с целым спином. Инверсная среда по определению НЕРАВНОВЕСНА и процессы в ней ДАЛЕКИ от равновесия, их нельзя рассматривать даже как квазиравновесные.

А вот тут позвольте не согласиться.

Давайте представим себе инверсную среду с постоянной накачкой, помещённую в оптический резонатор с достаточно большой добротностью.

Процессы, происходящие в такой среде, можно считать (квази)равновесными. При этом статистика Бозе-Эйнштейна для (квази)равновесных фотонов в среде будет безусловно иметь место.

2 blackfin & DS

Но без оптического резонатора (или ОС) такую весчь представить себе трудно...

 

...Я говорил не про обратную связь, а про резонатор.

Простите, а как можно представить оптический резонатор без оптической таки обратной связи?

ЗЫ. Просьба к участникам: поумерьте пыл, плиз. Мне кажется, существует решение проблеммы, которое удовлетворит всех. Повторюсь, очень вероятно, что оно лежит в области терминологии.

Изменено 28 августа, 2007 пользователем Stanislav

[DS 0]

Простите, когда я начал писать пост, до этого не дочитал.

Стало быть, имеет место "волновое" возбуждение среды от одного конца к другому?

Честно говоря, не могу представить, что оно может распространяться со скоростью, близкой к скорости света в газе.

 

Распространяется, как это не удивидельно, даже с несколько большей скоростью. Представьте себе большой плоский конденсатор, заряженный до, скажем, 20 КВ. Одна из граней конденсатора является электродом разрядника. Второй электрод подключен к источнику напряжения.

С помощью скоростного разрядника закорачиавается дальний угол конденсатора.

От этого угла бежит сферическая волна, которая доходит до разных участков разрядника неодновременно. Задержка поджига на всех участках одинакова, поэтому фронт разряда бежит перед световым.

[Stanislav 0]

Распространяется, как это не удивидельно, даже с несколько большей скоростью...

Надеюсь всё же, что не выше, чем скорость света в вакууме. :)

...Представьте себе большой плоский конденсатор, заряженный до, скажем, 20 КВ. Одна из граней конденсатора является электродом разрядника. Второй электрод подключен к источнику напряжения.

С помощью скоростного разрядника закорачиавается дальний угол конденсатора.

От этого угла бежит сферическая волна, которая доходит до разных участков разрядника неодновременно. Задержка поджига на всех участках одинакова, поэтому фронт разряда бежит перед световым.

Понятно. На выходе трубы сферический фронт вырождается в практически плоский - эффект коллиматора.

Только вот как быть со временем жизни возбуждённых атомов в промежуточном/ных (нерабочем) энергетическом состоянии? Ведь оно представляет собой заметную величину.

 

ЗЫ.Если не трудно, киньте ссылочку на подобное чюдо. Дозрел, чтобы ознакомиться. :)

[DS 0]

Надеюсь всё же, что не выше, чем скорость света в вакууме. :)

 

Понятно. На выходе трубы сферический фронт вырождается в практически плоский - эффект коллиматора.

Только вот как быть со временем жизни возбуждённых атомов в промежуточном/ных (нерабочем) энергетическом состоянии? Ведь оно представляет собой заметную величину.

 

ЗЫ.Если не трудно, киньте ссылочку на подобное чюдо. Дозрел, чтобы ознакомиться. :)

Не обязательно - движется ведь не нечто материальное, а фронт разряда. И его возникновение связано не с соседней точкой, а с точкой поджига.

Если вращать лазерную указку, то можно добится, чтобы зайчик бежал по удаленной поверхности бежал быстрее скорости света. При этом любое материальное движение, естественно, будет медленнее. Здесь тот же эффект - разряд зажигается вдоль границы с меньшей задержкой, чем распространение света вдоль канала. Этот эффект проявится и без плоского конденсатора, его делали в самых первых конструкциях. Задержки в проводниках от точки поджига до точки на электроде создают тот же эффект.

 

В данном кокретном случае нет, насколько я помню теорию. А вот сваливается вниз на метастабильный уровень, поэтому ни работа в непрерывном режиме, ни большая частота повторения импульсов невозможны.

 

В google наберите nitrogen laser, получите море информации. Это любимый тип лазера для самостоятельного построения студентами в самых разных ВУЗах. Правда про тонкости работы далеко не везде написано.

 

По тому же принципу работает и эксимерный лазер, только его не используют без хотя бы одного зеркала - обычно нужен максимальный КПД, а длительность импульса вторична. При метровых электродах и KrF смеси длительность импульса получается где-то 10 нс при 10% КПД. Этими лазерами засвечивают фоторезист на современных полупроводниковых производствах

[Herz 6]

Если вращать лазерную указку, то можно добится, чтобы зайчик бежал по удаленной поверхности бежал быстрее скорости света. При этом любое материальное движение, естественно, будет медленнее.

Не претендуя на участие в сей высоконаучной дискуссии, замечу, что пример Вы привели, ИМХО, неудачный. Данный парадокс опровергается ещё чуть ли не в школьном учебнике. Как раз со световым зайчиком. Или я что-то пропустил и уже и опровержение опровергли? :)

Извините за вмешательство.

[DS 0]

Не претендуя на участие в сей высоконаучной дискуссии, замечу, что пример Вы привели, ИМХО, неудачный. Данный парадокс опровергается ещё чуть ли не в школьном учебнике. Как раз со световым зайчиком. Или я что-то пропустил и уже и опровержение опровергли? :)

Извините за вмешательство.

Я пример как раз привел к месту - именно потому, что он объяснялся во всех учебниках. И в том же смысле, в каком он приводится в книжках. Фронт разряда в данном случае ведет себя аналогично.

[yura-rf 0]

Не обязательно - движется ведь не нечто материальное, а фронт разряда. И его возникновение связано не с соседней точкой, а с точкой поджига.

Если вращать лазерную указку, то можно добится, чтобы зайчик бежал по удаленной поверхности бежал быстрее скорости света. При этом любое материальное движение, естественно, будет медленнее. Здесь тот же эффект - разряд зажигается вдоль границы с меньшей задержкой, чем распространение света вдоль канала. Этот эффект проявится и без плоского конденсатора, его делали в самых первых конструкциях. Задержки в проводниках от точки поджига до точки на электроде создают тот же эффект.

Это аналогично тому, что фазовая скорость может быть больше С?

 

Про самодельный УФ лазер:

http://www.high.h1.ru/energy/opt/1/index.htm

 

По тому же принципу работает и эксимерный лазер, только его не используют без хотя бы одного зеркала - обычно нужен максимальный КПД, а длительность импульса вторична. При метровых электродах и KrF смеси длительность импульса получается где-то 10 нс при 10% КПД. Этими лазерами засвечивают фоторезист на современных полупроводниковых производствах

Какая у таких лазеров длина волны и ширина полосы?

 

сгорают лазерные диоды - какая физика? 40мА - максимальный долговременный рабочий ток, 45-48мА на короткий период - труба. Что за момент, когда лазерный диод не вылетает до свечения как слабый светодиод - а что-то промежуточное- излучение еще лазерное, но яркость раза в 2 меньше?

На обычный перегрев кристалла не похоже. Что там перегорает?

[DS 0]

Это аналогично тому, что фазовая скорость может быть больше С?

 

Про самодельный УФ лазер:

http://www.high.h1.ru/energy/opt/1/index.htm

Какая у таких лазеров длина волны и ширина полосы?

 

сгорают лазерные диоды - какая физика? 40мА - максимальный долговременный рабочий ток, 45-48мА на короткий период - труба. Что за момент, когда лазерный диод не вылетает до свечения как слабый светодиод - а что-то промежуточное- излучение еще лазерное, но яркость раза в 2 меньше?

На обычный перегрев кристалла не похоже. Что там перегорает?

 

Ну да, аналогично.

 

У азотного 337 нм. У эксимерных - на ксенон-хлоре - 308, криптон-фторе - 247, фтор-фтор-минус - 193 нм, вроде не путаю, давно этим занимался. Ширина спектра должна быть узкая, т.к. лазеры молекулярные газовые. Что нибудь около 0.1 нм, если память не изменяет.

 

У диода повреждается обычно глухое зеркало из-за перегрева большой плотностью света. У него теплоемкость нулевая, чтобы испортиться хватает наносекунд. Тут варианты от небольшого падения мощности до срыва генерации. Реже повреждается сама структура, обычно не током, а обратным напряжением.

[yura-rf 0]

Спасибо за пояснения.

У азотного 337 нм. У эксимерных - на ксенон-хлоре - 308, криптон-фторе - 247, фтор-фтор-минус - 193 нм, вроде не путаю, давно этим занимался. Ширина спектра должна быть узкая, т.к. лазеры молекулярные газовые. Что нибудь около 0.1 нм, если память не изменяет.

 

Что за лазеры применяют для тех процесса 65 и 32нм? Это ж почти рентген.

[DS 0]

Спасибо за пояснения.

Что за лазеры применяют для тех процесса 65 и 32нм? Это ж почти рентген.

 

Лазера с длиной волны, короче 193 нм, пригодного для литографии, нет. Поскольку 65 нм - это 1/3 длины волны фтор-фторного лазера, то скорее всего под таким названием технологии подразумевается оптический предел разрешения при использовании фазовой маски. Технология 45 нм - то же, но плюс использование водной иммерсиию Про 32 нм пока не слышал, но могу предположить, что вместо воды будут использовать токсичные органические соединения с показателем преломления > 2. Хотя физический смысл технологий, сильно меньших 45 нм, мне непонятен. Насколько помню, локализация заряда в кремнии - порядка 20 нм. Т.е. точнее сказать, где расположен электрон, нельзя. Поэтому обычные полевики будут при таких размерах вести себя весьма странно.