В лазерной физике , усиление или усиление представляет собой процесс , в котором передает среднюю часть своей энергии излучаемого электромагнитного излучения , что приводит к увеличению оптической мощности. Это основной принцип всех лазеров . Количественно усиление - это мера способности лазерной среды увеличивать оптическую мощность.
Определение
Коэффициент усиления можно определить как производную от логарифма мощности когда он проходит через среду. Коэффициент, с которым входной луч усиливается средой, называется коэффициентом усиления и обозначается буквой G.
где - координата в направлении распространения. Это уравнение не учитывает влияние поперечного профиля балки.
В квазимонохроматическом параксиальном приближении коэффициент усиления можно учесть с помощью следующего уравнения
- ,
где - изменение показателя преломления (которое предполагается небольшим),
сложное поле, связанное с физическим электрическим полем с отношением , где - вектор поляризации, это волновое число, частота, трансверсальный лапласиан; означает настоящую часть.
Прирост в квазидвухуровневой системе
В простой квазидвухуровневой системе выигрыш можно выразить через населенности а также нижних и возбужденных состояний:
где а также - эффективные сечения излучения и поглощения. В случае ненакачиваемой среды коэффициент усиления отрицательный.
Коэффициент усиления в оба конца означает усиление, умноженное на длину распространения лазерного излучения за один проход в оба конца. В случае, когда коэффициент усиления изменяется по длине, коэффициент передачи в оба конца может быть выражен с помощью интеграла. Это определение предполагает либо плоский профиль лазерного луча внутри лазера, либо некоторый эффективный коэффициент усиления, усредненный по поперечному сечению луча.
Коэффициент усиления можно определить как отношение выходной мощности к входной мощности :
- .
Это связано с усилением; .
Коэффициент усиления и коэффициент усиления не следует путать с коэффициентом увеличения . Увеличение характеризует масштаб увеличения изображения; такое увеличение может быть реализовано с помощью пассивных элементов без усиления . [1]
Альтернативная терминология и обозначения
Не существует установленной терминологии относительно усиления и поглощения. Каждый может использовать собственные обозначения, и невозможно охватить все системы обозначений в этой статье.
В радиофизике усиление может означать логарифм коэффициента усиления.
Во многих статьях по лазерной физике, где не используется коэффициент усиления Как определено выше, коэффициент усиления называется коэффициентом усиления по аналогии с коэффициентом поглощения , который на самом деле вообще не является коэффициентом; нужно умножить его на длину распространения (толщину), изменить знак, сделать обратную экспоненту и только потом получить коэффициент ослабления образца.
Некоторые публикации используют термин приращение вместо усиление и декремент вместо коэффициента поглощения , чтобы избежать неоднозначностей , [2] эксплуататорскую аналогию между приосевым распространением квазимонохроматических волн и эволюцией во время динамической системы.
Смотрите также
- Коэффициент усиления в оба конца, усиление , умноженное на длину распространения лазерного излучения за один цикл в оба конца
- Дисковый лазер
- Эффективные сечения
- Отношение Маккамера