Änderung der effektiven Übergangswahrscheinlichkeit der induzierten Emission durch Störung des unteren Niveaus

✍ Scribed by W. Brunner; H. Paul; G. Richter; H. Steudel

• Publisher: John Wiley and Sons
• Year: 1968
• Tongue: English
• Weight: 795 KB
• Volume: 476
• Category: Article
• ISSN: 0003-3804
• DOI: 10.1002/andp.19684760309

✦ Synopsis

The perturbation of the process of stimulated transition, in case the lower level is coupled to a third level by a) a spontaneous emission or b) a second stimulated transition, is investigated theoretically. For strong perturbation a quantum mechanical treatment of the problemin contrast t o a calculation using rate equationsyields a reduction of the effective transition rate for the stimulated transition which may be interpreted in case a) as a broadening and in case b) as a splitting of the level, thus giving some insight into the disappearance of the laser effect due to sufficiently strong pumping discussed in a preceding paper.

I. Einleitung

Nach den von verschiedenen Autoren [1...4] in den letzten Jahren entwickelten halbklassischen Theorien des Lasers hangt die Photonenzahl n in einer Lasermode im stationaren Zustand auBer von den Laser-Parametern, wie Atomzahl, Verluste des Resonators, Kopplungskonstante und durch das Pumpen bedingter (ungestorter) Inversion a,, auch von der Linienbreite T des Atoms ab. Explizit ergibt sich eine Proportionalitat zwischen n und (a,,/o, -1) mit a, als kritischer Inversion, die ihrerseits proportional zu r ist. Daraus folgt (wegen n 2 0) sofort als Schwellenbedingung a, > ak, so daB ak eine untere Schwelle fur den Laser definiert in dem Sinne, dalj nur fur groBere Pumpintensitaten. d. h. a, Ja, 2 1, die Laser-Schwingung aufrechterhalten werden kann. Mit wachsender Pumpintensitat sollte dann auch n anwachsen. Nun zeigte eine detaillierte und vollstandig quantenmechanische Behandlung des Pumpmechanismus und der Verluste des Resonators [5..-7], daB die Linienbreite des Atoms init wachsender Pumpleistung zunimmt, wenn der Pumpmechanismus am unteren Laser-Niveau angreift. Dies wurde in IS, 91 anschaulich als eine phasenzerstorende Wirkung der statistischen Anregungs-stoBe gedeutet , welche zu einer Liiiienverbreiterung Anlalj geben. Allgemein gilt entsprechend der Unschiirfebeziehung zwischen Energie und Zeit, daB bei Verkleinerung der Aufenthaltsdauer in einem Nivean dessen Energieunscharfe vergroBert wird. Diese Erscheinung fuhrt nun zu einer interessanten Konsequenz bezuglich des Lasersffektes, wie kurz in [lo] bemerkt und von den Verfassern kiirzlich in [ l l ] naher untersucht worden ist: Mit der Linienbreite des Atoms nimmt anch die kritische Inversion o, linear mit der Pumpintensitat zu. Da