Какой КПД у лазера? Просто интересно.
Спасибо.
Подробные данные по этому вопросу имеются в Инете. Но интрига этой темы в другом.
Я утверждаю, что эти генераторы такие же квантовые, как и излучение атомов, когда те испускают кванты. Все эти выдумки плод той математической схоластики, которая заполонила всю физику.
Чтобы было понятно, о чём идёт речь, приведу пример обычного механического резонатора, например камертона.
Если ударить камертон, то он некоторое время звенит, генерируя звуковые волны. При этом он теряет энергию, и колебания в нём затухают. Если возбудить камертон в вакууме, то он будет «звучать» гораздо дольше, т.к будут отсутствовать потери на возбуждение звуковых волн. Любой колебательный процесс характеризуется таким параметром как добротность. Она численно равна количеству периодов колебаний, укладывающемся в том промежутке времени, за который амплитуда колебаний уменьшается в е раз. Это обычный классический всем нам понятный подход. Этот процесс с математической точки зрения можно рассмотреть подругому, считая, что это никакой не механический, а квантовый генератор. При этом считается что у него имеется два энергетических уровня: нулевой и верхний, равный постоянной Планка умноженной на частоту и считать, что в то время когда мы механически ударяем камертон, этот механический резонатор перепрыгивает на верхний энергетический уровень. Квантовая механика определяет время жизни на этом верхнем уровне. Оно в точности равно тому отрезку времени, который необходим для того, чтобы амплитуда колебаний в механическом резонаторе уменьшилась в е раз. Схоластика? Конечно.
Если взять сто миллионов камертонов и синхронно сфазированно их возбудить, да ещё правильно расположить их в пространстве, то можно получить когерентный, мощный и узко направленный звуковой луч. И весь этот процесс по-прежнему можно рассматривать как фазированную решетку механических вибраторов. Но можно рассматривать и с точки зрения механического двухуровневого механического квантового генератора
В рубиновом лазере в матрице корунда небольшой процент атомов алюминия замещены атомами хрома. Эти атомы имеют строгую ориентацию в пространстве, механический резонанс атомов хрома лежит в области зелёной линии. Но если возбудить этот резонанс, то поскольку при этом колеблются заряды, то атом хрома будет испускать не звуковые, а электромагнитные волны. Далее вся та же история как с камертонами, только атомов хрома в одном кубическом сантиметре рубина не десять миллионов а десять в двадцать второй степени.
Квантовая механика оперирует кроме понятия времени жизни на верхнем уровне т.е в возбуждённом состоянии такими понятиями как спонтанные переходы и стимулированное излучение. Что это такое. Если у вас на потолке висит лампочка накаливания, то она испускает некогерентный свет. Почему? А потому фазы всех атомов, которые колеблются в результате нагрева вольфрама несфазированы а самопроизвольны. Поэтому если вы хотите поучить лазерное когерентное излучение, то вы должны не только возбудить в камертонах колебания, но и возбудить их так, чтобы их фазы совпадали. Тогда вы и получите когерентное (лазерное) излучение. Поэтому задача создания лазера заключается не только возбуждение колебаний в отдельно взятых атомах хрома (например в рубиновом лазере) но ещё и получение правильной фазировки при таком возбуждении. Коль вы этого сумеете добиться то вы и поучите то излучение, которое в квантовой механике называют стимулированным. Для этих целей служит внешний резонатор, куда помещают активное вещество. При этом одна из колебательных мод внешнего резонатора должна в обязательном порядке совпадать с резонансной частотой атомов активного вещества. Фазировка при облучении рубина лампой вспышкой происходит очень просто. Свет вспышки возбуждает некогерентные колебания в атомах хрома, а внешний резонатор отбирает из всего множества возбуждённых атомов, только те, фаза колебаний которых совпадает с фазой колебаний в самом резонаторе. Поэтому и КПД у рубинового лазера невысок. Резонатор в дано случае выполняет те функции, которые выполняет резонансный контур вашего приёмника при его настройке на определённую частоту.
Но причём здесь соотношения Менли – Роу спросите вы? Эти соотношения работают в том случае, когда в нелинейной среде имеется несколько резонансов, скажем три резонанса. В такой среде такие резонансы не являются самостоятельными и энергетические процессы в них связаны. Причём если вы возбудите один из резонансов, то буду возбуждены и остальные. Причём если вы сопоставите энергию, запасённую в рассмотренных резонаторах, то она буде пропорциональна их резонансной частоте. Это квантовая механика интерпретирует как наличие в среде энергетических уровней пропорциональных частоте. Но этих элементарных вещей физики просто не знают, их просто так учили.
