1 吉林大学电子科学与工程学院, 吉林 长春 130012
2 吉林大学原子与分子物理研究所, 吉林 长春 130012
3 中国科学院超强激光科学研究中心, 上海 201800
近年来,空气激光因在大气传感和环境监测等领域具有重要的潜在应用价值而备受关注。空气激光通常是指强激光诱导大气组分粒子布居数反转,进而产生的远场无腔光放大的激射现象。氮气和氧气作为两种主要的大气组分,均可在强激光激发下产生激射行为。光增益介质可以是氧原子、氮原子、氮分子和氮分子离子。本文以飞秒光丝诱导氮分子和氮分子离子激光为例,讨论了空气激光的现象观测、机理探索和应用前景,并着重介绍了光场偏振效应对氮分子离子激射行为影响的研究进展。
光谱学 空气激光 粒子数反转 大气传感
山西大学 物理电子工程学院,太原 山西 030006
我们在一个循环四能级相干原子系统中,理论研究了抽运场与调制场强度对信号场增益的作用。研究表明,在循环四能级相干原子介质中,调制场改变了四个能级间的粒子数布居分布,导致信号场被增益放大。对于N型四能级原子系统,当加入微小的调制场(调制场强度与信号场相等)时,共振处信号增益峰值提高了12倍。相干抽运场诱导信号场放大,且改变抽运场强度可以实现信号场由对应粒子数反转增益到无粒子数反转增益。且随着抽运场强度增加,共振增益的取值先变大后变小。该循环系统在光放大及增益效应研究中可能有重要应用。
粒子数反转增益 无粒子数反转增益 四能级相干原子介质 Population inversion gain without population inversion gain four-level coherent atomic medium
大连工业大学信息科学与工程学院, 辽宁 大连 116034
研究了一个囚禁于对称双势阱中的二能级原子与单模腔场的相互作用。 通过求解薛定谔方程,给出了整个系统波函数解析解和原子能级粒子数反转的解析表达式。 分析了当腔场初始态分别为粒子数态、相干态以及热态时原子粒子数反转随时间的演化情况, 并考虑了原子质心运动对粒子数反转的影响。结果表明通过选择合适的腔场初始态、势阱位 置及相关因素,可以有效地控制原子的自发辐射率。
量子光学 粒子数反转 自发辐射率 双势阱 量子隧穿 quantum optics population inversion spontaneous emission rate double-well potential quantum tunneling
浙江工业大学激光与光电子技术研究所, 浙江 杭州 310023
在PbSe/UV胶量子点光纤环形腔激光器实验的基础上，通过建立并数值求解粒子数速率方程和光功率传播方程等，对1550 nm的激光输出特性进行了数值模拟。计算的抽运阈值功率、单/多模激光输出功率随抽运功率的变化、合适的PbSe掺杂浓度、单模激光功率随输出耦合比的变化等，与实验结果基本吻合。通过对PbSe量子点光纤中激光功率分布的研究，给出了粒子数密度的反转条件：N2/N1≥0.45，该条件可由1550 nm波长处粒子数反转的吸收截面与辐射截面之比得到。研究了掺杂浓度对激光功率的影响，给出了合适的掺杂浓度范围。
激光器 PbSe量子点 光纤激光器 速率方程 阈值 粒子数反转
研究了三能级原子与多模光场相互作用的量子系统，从系统的密度矩阵运动方程出发讨论了无粒子数反转探测场的增益条件，发现当驱动场拉比频率取5，探测场拉比频率取1，非相干抽运取3，驱动场失谐量取3时，系统可以在偏离共振的两端获得粒子数无反转而相应的探测场获得了增益，即实现了无粒子数反转激光，其在光通信方面具有重要的应用价值。
三能级原子 激光 无粒子数反转 three-level atom laser without inversion
对开放的V型三能级系统，通过微分方程的数值运算，分析了该系统的无粒子数反转激光(laser without inversion，LWI)产生的机制，讨论了探测场和驱动场的失谐、驱动场的Rabi频率、粒子初始状态对系统LWI时间演化的影响。结果显示：驱动场耦合的两个能级上的粒子数分布以相同的频率振荡，位相差π；在探测场和驱动场皆共振(△=△o=0)时，原子对探测场色散的响应为零，双光子相干项ρca是实量；驱动场的Rabi频率Ω增大时，增益、相干项和粒子数差的振荡周期减小；粒子数的初始状态主要影响增益、相干项和粒子数差的振荡幅度，并不影响最后的稳定状态。
激光物理 开放系统 无粒子数反转激光 时间演化 laser phasics open system lasing without inversion time evolution.
提出了开放的四能级双驱动场无反转激光系统的理论模型，由电偶极和旋转波近似得到其密度矩阵方程，在共振条件下，讨论无反转激光产生的物理机制，求得定态共振线性解析解，利用数值计算结果分析了能级间的自发衰减速率、非相干泵浦速率、粒子注入速率和粒子退出速率对系统无反转激光增益和粒子数差的影响，讨论了线性和非线性增益和粒子数差的差别。结果表明：适当的自发衰减速率、调节非相干泵浦速率、粒子注入速率和粒子退出速率可获得无粒子数反转激光；线性和非线性的增益和粒子数差随驱动场Rabi频率的变化趋势一样，增益的线性稳定值大于非线性稳定值。
激光物理 无粒子数反转激光 四能级系统 开放系统 增益 粒子数差 laser physics lasing without inversion four-level system open system gain population difference
宁波大学信息科学与工程学院,浙江,宁波,315211
对宽带碲基掺铒光纤放大器（EDTFA）上能级粒子数反转比进行了理论研究，得到了碲基掺铒光纤放大器上能级粒子数反转比随着光纤激活长度、信号输入功率、泵浦功率和纤芯掺杂浓度的演变关系，分析了上能级粒子数反转比分布与EDTFA信号增益间的关系。研究表明，碲基掺铒光纤内的上能级粒子数反转比分布决定了EDTFA的信号增益。
光通信 粒子数反转比 信号增益 碲基掺铒光纤放大器 optical comnmnication population inversion ratio signal gain EDTFA
1 山东师范大学物理系,济南 250014
2 山东师范大学传播学院,济南 250014
3 亚利桑那州立大学电子工程系,美国亚利桑那州,坦佩 85287
给出了在开放的V型三能级系统中的无粒子数反转激光理论。定态增益分析表明,在一定的条件下,无粒子数反转激光能够实现而不需要一个附加的泵浦场存在, 而这个泵浦场在一个普通的封闭V型三能级系统中实现无粒子数反转激光是必不可少的。图示并分析了系统增益对驱动场和其他参量的依赖性。
开放V型三能级系统 无粒子数反转激光 增益
1 中国计量学院光电子研究所, 杭州 310034
2 浙江大学光科系, 杭州 310027
通过求解(Ce,Er):YAG和Er:YAG的能级跃迁速率方程,讨论了Ce3+对Er3+离子的敏化作用。表明掺Ce3+可增强Er3+离子1.66μm和2.94μm波长的激光强度,但仅改变1.66μm波长激光粒子数反转,即N2(4I132)>N1(4I152)与Er3+离子浓度的关系。
敏化作用 粒子数反转 Er3+离子浓度
