Разработка оптимальных режимов лазерного охлаждения кристаллов и стекол, легированных редкоземельными ионами

• Автор: Петрушкин, Сергей Валериевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 121 с. : ил

Оглавление
Введение
1 Лазерное охлаждение твердых тел
1.1 Парадигма антистоксового охлаждения
1.2 Сводка основных экспериментальных результатов
1.3 Редкоземельные ионы как рабочая среда для флуоресцентного
охлаждения
1.3.1 Термодинамика фотолюминесценции
1.3.2 Первый удачный эксперимент по лазерному охлажде-
нию легированного стекла ZBLANР : УЬ3+, выполненный в Лос-Аламосе
1.4 Ограничения фундаментального характера
1.4.1 Обобщенная холодильная машина
1.4.2 Минимальная температура
2 Развитие метода исключения бозонных переменных для решения задачи лазерного охлаждения твердых тел
2.1 Введение
2.2 Основные типы кинетических уравнений
2.2.1 Уравнение Паули
2.2.2 Уравнение Цванцига
2.2.3 Метод неравновесного статистического оператора
2.2.4 Выводы
2.3 Метод иерархий кинетических уравнений Боголюбова

2.4 Развитие метода для описания лазерного охлаждение твердых

2.4.1 Построение уравнений
2.4.2 Стационарные решения и сравнение с экспериментальными данными
3 Теоретическая разработка сверхизлучательных режимов лазерного охлаждения кристаллов и стекол, легированных редкоземельными ионами.
3.1 Введение
3.2 Лазерное охлаждение в режиме оптического сверхизлучения
3.2.1 Построение системы уравнений
3.2.2 Анализ и решение уравнений
4 Разработка режима самоохлаждения активных элементов твердотельных лазеров
4.1 Введение
4.2 Режим самоохлаждения стержня лазера в процессе генерации .
4.2.1 Рабочая среда для самоохлаждающегося лазера
4.2.2 Основные уравнения
4.2.3 Эффективность охлаждения
4.2.4 Условия генерации лазера
4.2.5 Коэффициент потерь на второй примеси
4.2.6 Самоохлаждение двупримесного лазера
Основные результаты
Список авторской литературы
Список цитированной литературы

Введение
Воздействие света на вещество состоит в передаче этому веществу энергии и импульса, привносимых световой волной, в результате чего могут возникать разнообразные эффекты. Первичным процессом является поглощение света. Поглощенная световая энергия в самом общем и наиболее распространенном случае переходит в тепло, несколько повышая температуру поглощающего тела.
Первые идеи лазерного охлаждения (и пленения) атомов возникли независимо в нескольких группах исследователей, занимавшихся проблемами нелинейной лазерной спектроскопии и созданием прецизионных стандартов частоты [1]. Многие недоумевали, как лазер, обладающий столь высокой яр-костной температурой, способен не нагревать, а охлаждать вещество. Идею механического действия лазерного излучения на свободные атомы можно понять следующим образом. Доля медленных атомов в максвелловском распределении атомов по скоростям в пучке очень мала. Больше всего атомов со среднетепловой скоростью. Допустим, мы настроимся лазером в резонанс с этими атомами и направим фотонный пучок навстречу атомному пучку. Тогда, если частоту лазерной волны отстроить в красную сторону от центра атомного резонанса на величину полуширины доплеровской линии, то группа атомов вблизи резонансной скорости (кь — (ш — и) < Г, где 2Г - однородная ширина атомного перехода, V - частота лазера, ш - частота центра доплеровски-уширенного перехода, V - скорость атомов) будет испытывать трение в потоке встречных фотонов, их скорость будет уменьшаться. При этом, очевидно, условие резонанса не будет нарушаться, если частоту поля повышать так, чтобы отстройка частоты отслеживала изменение доплеров-ского сдвига этой группы атомов, испытывающей действие силы светового трения [2]. С энергетической точки зрения атомы поглощают низкоэнергетические фотоны, а затем, в среднем, изотропно излучают фотоны так, что испущенный свет уже не имеет доплеровского сдвига и, как следствие, большей

длина волны (нм)
Рис. 1.6. Коэффициент поглощения, выраженный в обратных сантиметрах, (вверху) и спектр флуоресценции в относительных единицах (внизу) для легированного стекла 2ВЬА№Р : У63+ с концентрацией ионов иттербия, равной 1 вес.% [57]