Улучшение квантовых характеристик излучения лазера с трехуровневой активной средой в каскадных схемах

• Автор: Ершов, Георгий Радиевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 123 с. : ил

Оглавление
1 ВВЕДЕНИЕ
2 ДВУХУРОВНЕВЫЕ И ТРЁХУРОВНЕВЫЕ
СУ БПУАС СОНОВ СКИЕ ЛАЗЕРЫ. ВОЗМОЖНОСТЬ ПЕРЕНОСА СТАТИСТИКИ ПОЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ПРИ ОПТИЧЕСКОЙ НАКАЧКЕ СУБПУАССОНОВСКИМ СВЕТОМ.
2.1 Двухуровневый субпуассоновский лазер с регулярной накачкой.
2.2 Трехуровневый субпуассоновский лазер
2.2.1 Метод кинетического уравнения для матрицы плотности поля генерации для трёхуровневого лазера
2.3 Каскадные лазерные схемы: возможные физические модели
2.3.1 Обсуждение результатов
3 ПОЛУКЛАССИЧЕКАЯ ТЕОРИЯ ЛАЗЕРНЫХ СИСТЕМ, ОБРАЗУЮЩИХ КАСКАДНЫЕ СХЕМЫ
3.1 Стационарное состояние трёхуровневого атома в Л-конфигурации
3.2 Укороченные уравнения в случае скрещенных резонаторов
3.3 Укороченные уравнения в случае пространственно разделенных резонаторов

4 КВАНТОВО-СТАТИСТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ДВУХ СВЯЗАННЫХ ЛАЗЕРОВ
4.1 Кинетическое уравнение для полей генерации при скрещенных
резонаторах
4.1.1 Основные моменты построения кинетиеского уравнения
4.1.2 Кинетическое уравнение в приближении малых фотонных флуктуаций
4.1.3 Фоторегистрация излучения трехуровневого лазера
4.2 Кинетическое уравнение для полей генерации при
пространственно разделенных резонаторах
4.2.1 Отличительные особенности рассмотрения каскадной
схемы с пространственно разделенными резонаторами . .
4.2.2 Полуклассические уравнения генерации
4.2.3 Уравнение для матрицы плотности в диагональном
представлении
4.2.4 Проявления квантовых свойств излучения при фоторегистрации
5 КВАНТОВО-СТАТИСТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ
ТРЁХУРОВНЕВОЙ ГЕНЕРАЦИИ В КАСКАДНЫХ СХЕМАХ
5.1 Вариант каскадной схемы со скрещенными резонаторами
5.1.1 Кинетическое уравнение
5.1.2 Вычисление спектра фототока излучения каскадной
схемы из нескольких лазеров со скрещенными резонаторами

5.2 Каскадная схема из нескольких пространственно разделенных резонаторов с трехуровневой активной средой
5.2.1 Уравнения Ланжевена для фотонных флуктуаций поля генерации трехуровневого лазера
5.2.2 Корреляционная функция флуктуаций числа фотонов поля генерации
5.3 Подавление шумов в спектре фототока
6 ГЛАВА 5. ТРЕХУРОВНЕВЫЙ ЛАЗЕР КАК
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЫ
6.1 Лазерный конвертор несущей частоты
6.2 Лазерный источник информативно промодулированного сигнала
6.3 Динамические искажения модуляции при смене несущей частоты в трехуровневой среде
6.4 Отношение сигнала к шуму на выходе конвертора
А Вывод основного кинетического уравнения
А.1 Построение оператора 5ц
А. 1.1 Исходное уравнение в диагональном представлении
АЛЛ Стационарные решения для матрицы и
А.1.3 Адиабатическое представление операторов я
А.2 Явный вид оператора До
А.З Рассчет корреляционной функции амплитудных флуктуаций
поля генерации второго порядка
А.4 Рассчет корреляционной функции амплитудных флуктуаций
поля генерации второго порядка

комбинации обеих возможностей со скрещенными и пространственно разделёнными резонаторами, но здесь они не будут рассматриваться.
Что касается самого первого лазера, который мы предполагаем двухуровневым с каким-то механизмом некогерентной накачки, то мы будем предусматривать для большей общности возможность как пуассоновской, так и субпуассоновской генерации.
3.1 Стационарное состояние трёхуровневого атома в Л-конфигурации
В полуклассическом варианте теория лазеров, как известно, среда рассматривается как квантовый объект и обрабатывается в рамках кинетического уравнения для атомной матрицы плотности, а поле считается классическим, для медленной амплитуды которого записывается укороченное уравнение, зависящее, в частности, от атомной когерентности. В задачах, представленных в диссертации, мы всюду предполагаем, что добротность оптических резонаторов очень высокая, и потому развитие атомной среды происходит гораздо быстрее, чем устанавливается поле в рзонаторе, и потому в укороченном уравнении для поля присутствует не просто поляризация лазерного перехода, но стационарная поляризация. Таким образом чтобы потсроить правильную полуклассическую теорию в этом приближении, мы должны прежде всего найти стационарную матрицу плотности трёхуровневого атома. Знание этой матриц нам будет также необходимо при квантово-статистической обработке в дальнейших разделах.
Мы понимаем, что в любом варианте каскадной схемы на трёхуровневый атом дейтсвует два поля: одно поле когерентной накачки на переходе (1 — 3) (рис. 5) с амплитудой а0, а другое лазерное поле на переходе (2 — 3) с амплитудой а (Л-конфигурация). Это взаимодействие с когерентными полями определяется стандартным гамильтонианом взаимодействия в виде