Модовое сверхизлучение в открытых резонаторах и экстремальные режимы генерации электромагнитных полей ансамблями квантовых и классических осцилляторов

• Автор: Кочаровский, Владимир Владиленович
• Шифр специальности: 05.27.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 60 с.; 20х15 см

Содержание
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Особенности самовозбуждения горячих поляритонных мод и модовое сверхизлучение в низкодобротном резонаторе
2. Нелинейная динамика сверхизлучения и эффекты пространственной неоднородности поля и инверсии двухуровневой среды в протяженном образце
3. Поляритонный механизм конденсации спектра генерации широкополосного лазера вблизи линии поглощения
4. Абсолютная неустойчивость длинноволновых возбуждений и оптическая нутация в условиях плазменно-дипольного резонанса
5. Генерация встречных разночастотных импульсов вытянутым образцом двухуровневой среды, движущимся в условиях аномального эффекта Доплера
6. Циклотронное сверхизлучение электронов в магнитной ловушке. Одномодовая генерация и ’’эстафета мод”
7. Взрывное усиление электромагнитного поля в замагничен-ном потоке ускоренных электронов-осцилляторов
8. Модовое сверхизлучение в открытом образце полупроводника, помещенном в квантующее магнитное поле
9. Сверхизлучение при постоянной накачке и генерация фемтосекундных импульсов в полупроводниковых Лазерах с квантовыми ямами и точками
лючение
'ТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
ЛИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Введение, актуальность темы диссертации
Эффект сверхизлучения (СИ), т.е. коллективного спонтанного излучения, возникающего в плотных ансамблях предварительно инвертированных молекул, хорошо известен в квантовой электронике и оптике [*1-*6], [1-6], а после работ [*6-*11], [3-11] он представляется неотъемлемым элементом и общей электродинамики сплошных активных сред. Однако надежды на его использование в качестве основы новых мощных источников ультракоротких импульсов пока не оправданы, как из-за технических трудностей его практической реализации, так и вследствие отсутствия детального теоретического анализа оптимальных схем и предельных возможностей СИ в различных физических ситуациях.
В этом отношении особый интерес предствляет генерация так называемых ”горячих” мод в низкодобротных резонаторах, заполненных активной средой, удовлетворяющей условиям СИ, и обеспечивающих вполне свободный выход импульсов излучения. Последовательное изучение такого модового СИ на линейной стадии было начато в работе [1] для инвертированной двухуровневой среды на примере цилиндрического и сферического образцов, а затем продолжено на нелинейную стадию и для других активных сред, в том числе частично ионизованного инвертированного газа в условиях плазменно-дипольного резонанса, ансамбля циклотронных осцилляторов в замагниченном электронном пучке и системы вырожденных электрон-дырочных пар в полупроводнике. Обзор соответствующих работ, составляющих -основу настоящей диссертации и, в частности, учитывающих распространение, перепоглощение и отражение излучения в распределенных образцах, дан в [3,4,6,12,13]. Следует отметить, что интерес к роли отражений и формированию сфазированных встречных волн в процессе СИ возник давно [*2,*12-*17] и в 80-е годы усилился начавшимися экспериментами по коллективному спонтанному излучению в резонаторах и волноводах [*2,*15-*19], а также в примесных кристаллах [*20-*23]. Впрочем, в то время он имел фраг-

8тга uce)j2 £ е0/Т-2 => Еа ~ dn0NüJo/cr & фтге'1 hu0noN.
В этом случае как осциллограмма поля и его максимум Еп, так и весь характер процесса подобны СИ Дике, однако называть его лучше сверхпогтощением, поскольку исходная' энергия инвертированных молекул идет на нагрев электронов [43].
4.7. Предельные параметры импульсной генерации квазиоднорбдных оптических полей
Наибольшая длительность существования ~ 1/1тсдц ~ 1/(<д/87г(Т“Т2-1) указанных сильных полей ~ Еа ограничена временем ~ Т-2/2 и достигается при а ~ а>2Т2/247г £ ujccq 2/Кк
получения наибольшей амплитуды поля Еа ~ (2тге[} lhuJ()ntiN)l<'2
1 /2 >
на практике оптимальными условиями будут 27гст* ~ ojc£q /4 ~ £о/Т-2. Особенности эффективных режимов работы рассмотренных генераторов нераспространяющихся оптических полей обсуждаются в [9]. t
4.8. Возможные эксперименты в сильно допированных полупроводниках и в частично ионизованных газах
Приведем основные параметры ожидаемых ИК экспериментов для активированных примесных полупроводников cjl ~ Зсоо ~ 1015с~1, и>с ~ 2 1013с-1, а ~ а* ~ 3 1012с-1
Ne ~ GnoN ~ 3 1019см-3, Т2 ~ 1пс, Еа ~ 1МВ/с.м, (4.2)
и для импульсных разрядов в молекулярных газах с малой степенью ионизации (<; 1%), характерной для низкотемпературной плазменной химии,
u>L ~ cjq ~ 2 1013с—1, ujc~ 7 1012с-1, а ~ 5<тж ~ 1,5- КВА.“1, ДД ~ m~2n0N ~ 1017см“3, г2 - 10пс, £„ ~ 0, ШВ/ем. (4.3) Таким образом, в предсказанном процессе сверхбыстрого, пикосекундного преобразования энергии активированных центров или вращающихся молекул в колебания и разогрев свободных электронов достижимы ИК поля вплоть до 1МВ/с.м [3,9].
5. ГЕНЕРАЦИЯ ВСТРЕЧНЫХ РАЗНО ЧАСТОТНЫХ ИМПУЛЬСОВ ВЫТЯНУТЫМ ОБРАЗЦОМ