Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

Двухуровневые лазеры, генерирующие на переходах в основное состояние

Владимир Алексеевич Герасимов, Владислав Владимирович Герасимов

Published Jan 1, 2011• 0 citations
OpenAlex

Abstract

Подробно анализируется модель двухуровневых лазеров с тепловым созданием инверсии населенности, предложенная в работе V.A. Gerasimov et al. (Phys. Rev. Lett. 2006. V. 96. P. 123902). Показано, что возможно получить девять новых линий генерации на переходах в основное состояние в атомах редкоземельных металлов (РЗМ) с достраивающейся 4f-оболочкой (Pr, Nd, Sm, Eu и Tb–Tm). Длины волн лазерных переходов лежат от УФ (Eu) до средней ИК-области спектра (Tb и Er). Из оценок удельных лазерных характеристик (мощности, плотности мощности и КПД) следует, что Sm, Eu и Tm (из девяти рассмотренных РЗМ) наиболее подходят для экспериментальной реализации таких лазеров. Максимальные КПД и плотность мощности непрерывного излучения могут достигать более 40 % и ∼ 107–109 В/см2 соответственно.

Related papers

Упругое рассеяние ультракоротких лазерных импульсов на атомах благородных газов

Валерий Александрович Астапенко, МОРОЗ Н.Н.

Работа посвящена теоретическому исследованию упругого рассеяния ультракоротких электромагнитных импульсов (УКИ) на атомах благородных газов в далеком ультрафиолетовом и мягком рентгеновском диапазонах. Рассмотрение проведено в рамках дипольного приближения и первого порядка квантово-механической теории возмущений. Основное внимание уделяется изучению зависимости полной вероятности рассеяния за все время действия импульса от длительности УКИ при различных значениях несущей частоты. Показано, что при определенных значениях параметров задачи исследуемая зависимость имеет нелинейный характер. Расчеты проведены для скорректированных гауссовских импульсов и вейвлет-импульсов без несущей частоты.

•Jan 1, 2018•0 citations

Моделирование спектральных характеристик спонтанной селективной флуоресценции двух различных двухуровневых взаимодействующих наночастиц

В. А. Морозов

Численное моделирование спектральных характеристик спонтанной флуоресценции связанных динамическим взаимодействием двух различных двухуровневых наночастиц при первоначальном возбуждении одной из них выполнено на основе решений уравнений Шредингера для амплитуд несовместимых альтернатив вероятности регистрации состояний составной системы из частиц и квантованного поля излучения при таких поглощениях фотона окружающей средой, которые определяют "пути" его излучения той или иной частицей. Зависимость интенсивности такой селективной флуоресценции от частоты регистрируемого фотона представлена в виде взаимно перекрывающихся контуров двух пар спектральных линий, отражающих расщепление линий флуоресценции невзаимодействующих частиц. Контуры линий различаются значениями их максимумов. Разности интегральной интенсивности контуров сопоставлены с селективным заселением основного состояния каждой из частиц в ансамбле рассматриваемых пар частиц. Ключевые слова: математическое моделирование, взаимодействующие двухуровневые наночастицы, спонтанная флуоресценция, спектральные характеристики.

Оптика и спектроскопия•Jan 1, 2021•2 citations

Нелинейные эффекты при распространении лазерных импульсов в среде двухуровневых атомов

Чернова, Наталья

Объект исследования – двухуровневый атом. Цель работы – теоретическое исследование нелинейных эффектов при распространении лазерных импульсов в среде двухуровневых атомов. В результате исследования создана математическая модель взаимодействия лазерного излучения со средой двухуровневых атомов, проведен анализ распространения коротких лазерных импульсов в оптически плотной среде, изучено влияние процессов релаксации атомных уровней на изменение площади импульса при его распространении в среде. Результат работы – зависимости, устанавливающие как параметры излучения и среды определяют динамику площади импульса в соответствии с теоремой площадей Мак–Колла–Хана. Полученные результаты позволяют лучше понять процессы когерентного взаимодействия излучения с резонансными средами и могут быть использованы при анализе систем оптической обработки информации. Применялись информационно – коммуникационные технологии для поиска и анализа литературы. Использована прикладная программа Python для численного моделирования процессов взаимодействия и визуализации полученных результатов.

•Jan 1, 2025•0 citations

LASER GENERATION WITHOUT POPULATION INVERSION IN THE "RED" WING OF THE D1 LINE OF ALKALI METAL ATOMS UNDER RESONANT DIODE PUMPING

А.И. Пархоменко, А. М. Шалагин

Теоретически исследован новый метод генерации лазерного излучения без инверсии населённостей в «красном» крыле D1-линии атомов щелочных металлов при резонансном поглощении широкополосного излучения лазерных диодов накачки на переходе D1. Причиной возникновения лазерной генерации является то обстоятельство, что в красном крыле спектральной линии вероятность вынужденного испускания превышает вероятность поглощения, если однородное уширение из-за взаимодействия активных частиц с буферным газом существенно превышает естественное (при больших давлениях буферного газа). Получены аналитические формулы, представляющие работу лазера на парах щелочных металлов при поперечной диодной накачке. Выяснено, что наиболее перспективным объектом для наблюдения лазерной генерации без инверсии населённостей в красном крыле D1-линии атомов щелочных металлов являются атомы цезия. В достаточно длинной активной среде (длина среды в 50 раз превышает её ширину) эффективность преобразования излучения накачки в лазерное излучение может достигать 57 % при давлении буферного газа 5 атм, интенсивности излучения диодов накачки 5 кВт/см2 и полуширине его спектра 1 см-1. Частота лазерного излучения может перестраиваться на несколько десятков см-1. A new method for generating laser radiation without population inversion in the «red» wing of the D1 line of alkali metal atoms under resonant absorption of broadband radiation from pump laser diodes at the D1 transition has been theoretically investigated. The reason for the occurrence of laser generation is the fact that the probability of stimulated emission in the red wing of the spectral line exceeds the probability of absorption if the uniform broadening due to the interaction of active particles with the buffer gas significantly exceeds the natural one (at high pressures of the buffer gas). Analytical formulas that describe the operation of an alkali metal vapor laser under transverse diode pumping are derived. It has been found that the most promising objects for observing laser lasing without population inversion in the red wing of the D1 line of alkali metal atoms are cesium atoms. In a sufficiently long active medium (the length of the medium is 50 times greater than its width), the conversion efficiency of pump radiation into laser radiation can reach 57% at a buffer gas pressure of 5 atm, a pump diode radiation intensity of 5 kW/cm2, and a half-width of its spectrum of 1 cm-1. The frequency of laser radiation can be tuned by several tens of cm-1.

Optoelectronics Instrumentation and Data Processing•Dec 29, 2023•0 citations

Операторы координаты и плотности вероятности в полупроводниковых углеродных нанотрубках / Румянцев Е.Л., Кунавин П.Е., Германенко А.В.

Одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ) обладают уникальными физическими свойствами, обусловленными присущим им квази-релятивистским поведением [1]. Поскольку описание поведения носителей в ОУНТ формально подобно описанию поведения электрона в теории Дирака, в данной работе предложен квантово-полевой подход к построению одно-частичного оператора плотности вероятности (ПВ) для двузонной модели ОУНТ [1]. Предложенный подход является альтернативой обычно рассматриваемому преобразованию Фолди-Ваутхаузена, которое позволяет разделить положительно и отрицательно частотные решения. Показано, что в рассмотренном “no-pair” приближении полученная одноэлектронная ПВ отличается от “классической” Шредингеровской ПВ, задаваемой квадратом волновой функции. Полученная ПВ указывает на вспомогательную роль волновой функции при анализе эксперимента, поскольку демонстрирует дополнительно к стандартному квантово-механическому размытию положения электрона, размытие, связанное с многозонностью проблемы. С точки зрения квантовой теории поля, дополнительное динамическое размытие связано с флуктуациями вакуума-заполненной валентной зоной (аналог “моря” Дирака). Налетающий электрон аннигилирует с дыркой виртуальной пары, а электрон пары продолжает движение [2]. Как показано, такая телепортация проявляется не только в особенности поведения ПВ, но и обуславливает существенную модификацию внешнего потенциала в полученном для однокомпонентной волновой функции одно-частичном уравнении типа Салпетера. К нелокальности псевдо-дифференциального оператора кинетической энергии добавляется нелокальное воздействие внешнего потенциала, который в общем случае представляет собой интегральный оператор. Обсуждаются условия существования псевдо-релятивистского эффекта дрожания электрона (Zitterbewegung) и его связь с полученным нелокальным потенциальным членом типа Дарвина. Показано, что описанные особенности поведения электрона в ОУНТ связаны с необычными свойствами оператора координаты rˆ в одно-частичном секторе:  r n n r  ˆ  . Предсказанные эффекты размытия достаточно велики (характерная длина-аналог Комптоновской длины в теории Дирака порядка 28,6А [1]) и, следовательно, наблюдаемы, например, с помощью сканирующей зондовой микроскопии. Однозначное соответствие в рамках предложенного подхода между решениями в ОУНТ и решениями (1+1) проблемы Дирака, предсказания для которой вне современных экспериментальных возможностей, представляет возможность экспериментального наблюдения и теоретического описания в ОУНТ таких релятивистских эффектов, как Zitterbewegung [3] и эффекта порождения электрон-дырочных пар - эффекта нестабильности вакуума СаутераШвингера [4].

Тезисы докладов XIV РОССИЙСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ПО ФИЗИКЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ «ПОЛУПРОВОДНИКИ-2019»•Aug 20, 2019•0 citations

Квантовая динамика взаимодействующих мод в процессе внутрирезонаторной генерации субгармоники

S. T. Gevorkyan, M. S. Gevorkyan

Для процесса внутрирезонаторной генерации субгармоники исследована динамика корреляции флуктуаций числа фотонов взаимодействующих мод. Показано, что эта корреляция сильно зависит от коэффициента нелинейной связи между модами. В случае малых коэффициентов связи корреляция флуктуаций числа фотонов мала. При росте коэффициента связи корреляция растет (состояние подсистем начинает перепутываться) и, начиная от некторого значения коэффициента связи, при его дальнейшем росте начинает заново уменьшаться, и постепенно стремится к нулю (перепутанность между состояниями подсистем уменьшается). Исследована также квантовая динамика числа фотонов, квантовой энтропии и функции Вигнера стационарного состояния фундаментальной моды и моды субгармоники. Показано, что динамики этих величин тоже сильно зависят от значения коэффициента связи между взаимодействующими модами. Для больших значений коэффициента связи между модами показано, что мода субгармоники в больших временах взаимодействия локализуется в двухкомпонентном состоянии с одинаковой вероятностью обнаружения моды в каждой компоненте состояния. Квантовая энтропия этого состояния меньше максимальной энтропии двухкомпонентного состояния ln2, что показывает наличие квантово-механической интерференции между компонентами состояния моды субгармоники.

Оптика и спектроскопия•Jan 1, 2014•0 citations
Подробно анализируется модель двухуровневых лазеров с тепловым созданием инверсии населенности, предложенная в работе V.A. Gerasimov et al. (Phys. Rev. Lett. 2006. V. 96. P. 123902). Показано, что возможно получить девять новых линий генерации на переходах в основное состояние в атомах редкоземельных металлов (РЗМ) с достраивающейся 4f-оболочкой (Pr, Nd, Sm, Eu и Tb–Tm). Длины волн лазерных переходов лежат от УФ (Eu) до средней ИК-области спектра (Tb и Er). Из оценок удельных лазерных характеристик (мощности, плотности мощности и КПД) следует, что Sm, Eu и Tm (из девяти рассмотренных РЗМ) наиболее подходят для экспериментальной реализации таких лазеров. Максимальные КПД и плотность мощности непрерывного излучения могут достигать более 40 % и ∼ 107–109 В/см2 соответственно.
Работа посвящена теоретическому исследованию упругого рассеяния ультракоротких электромагнитных импульсов (УКИ) на атомах благородных газов в далеком ультрафиолетовом и мягком рентгеновском диапазонах. Рассмотрение проведено в рамках дипольного приближения и первого порядка квантово-механической теории возмущений. Основное внимание уделяется изучению зависимости полной вероятности рассеяния за все время действия импульса от длительности УКИ при различных значениях несущей частоты. Показано, что при определенных значениях параметров задачи исследуемая зависимость имеет нелинейный характер. Расчеты проведены для скорректированных гауссовских импульсов и вейвлет-импульсов без несущей частоты.
Численное моделирование спектральных характеристик спонтанной флуоресценции связанных динамическим взаимодействием двух различных двухуровневых наночастиц при первоначальном возбуждении одной из них выполнено на основе решений уравнений Шредингера для амплитуд несовместимых альтернатив вероятности регистрации состояний составной системы из частиц и квантованного поля излучения при таких поглощениях фотона окружающей средой, которые определяют "пути" его излучения той или иной частицей. Зависимость интенсивности такой селективной флуоресценции от частоты регистрируемого фотона представлена в виде взаимно перекрывающихся контуров двух пар спектральных линий, отражающих расщепление линий флуоресценции невзаимодействующих частиц. Контуры линий различаются значениями их максимумов. Разности интегральной интенсивности контуров сопоставлены с селективным заселением основного состояния каждой из частиц в ансамбле рассматриваемых пар частиц. Ключевые слова: математическое моделирование, взаимодействующие двухуровневые наночастицы, спонтанная флуоресценция, спектральные характеристики.
Объект исследования – двухуровневый атом. Цель работы – теоретическое исследование нелинейных эффектов при распространении лазерных импульсов в среде двухуровневых атомов. В результате исследования создана математическая модель взаимодействия лазерного излучения со средой двухуровневых атомов, проведен анализ распространения коротких лазерных импульсов в оптически плотной среде, изучено влияние процессов релаксации атомных уровней на изменение площади импульса при его распространении в среде. Результат работы – зависимости, устанавливающие как параметры излучения и среды определяют динамику площади импульса в соответствии с теоремой площадей Мак–Колла–Хана. Полученные результаты позволяют лучше понять процессы когерентного взаимодействия излучения с резонансными средами и могут быть использованы при анализе систем оптической обработки информации. Применялись информационно – коммуникационные технологии для поиска и анализа литературы. Использована прикладная программа Python для численного моделирования процессов взаимодействия и визуализации полученных результатов.
Теоретически исследован новый метод генерации лазерного излучения без инверсии населённостей в «красном» крыле D1-линии атомов щелочных металлов при резонансном поглощении широкополосного излучения лазерных диодов накачки на переходе D1. Причиной возникновения лазерной генерации является то обстоятельство, что в красном крыле спектральной линии вероятность вынужденного испускания превышает вероятность поглощения, если однородное уширение из-за взаимодействия активных частиц с буферным газом существенно превышает естественное (при больших давлениях буферного газа). Получены аналитические формулы, представляющие работу лазера на парах щелочных металлов при поперечной диодной накачке. Выяснено, что наиболее перспективным объектом для наблюдения лазерной генерации без инверсии населённостей в красном крыле D1-линии атомов щелочных металлов являются атомы цезия. В достаточно длинной активной среде (длина среды в 50 раз превышает её ширину) эффективность преобразования излучения накачки в лазерное излучение может достигать 57 % при давлении буферного газа 5 атм, интенсивности излучения диодов накачки 5 кВт/см2 и полуширине его спектра 1 см-1. Частота лазерного излучения может перестраиваться на несколько десятков см-1. A new method for generating laser radiation without population inversion in the «red» wing of the D1 line of alkali metal atoms under resonant absorption of broadband radiation from pump laser diodes at the D1 transition has been theoretically investigated. The reason for the occurrence of laser generation is the fact that the probability of stimulated emission in the red wing of the spectral line exceeds the probability of absorption if the uniform broadening due to the interaction of active particles with the buffer gas significantly exceeds the natural one (at high pressures of the buffer gas). Analytical formulas that describe the operation of an alkali metal vapor laser under transverse diode pumping are derived. It has been found that the most promising objects for observing laser lasing without population inversion in the red wing of the D1 line of alkali metal atoms are cesium atoms. In a sufficiently long active medium (the length of the medium is 50 times greater than its width), the conversion efficiency of pump radiation into laser radiation can reach 57% at a buffer gas pressure of 5 atm, a pump diode radiation intensity of 5 kW/cm2, and a half-width of its spectrum of 1 cm-1. The frequency of laser radiation can be tuned by several tens of cm-1.
Одностенные углеродные нанотрубки (ОУНТ) обладают уникальными физическими свойствами, обусловленными присущим им квази-релятивистским поведением [1]. Поскольку описание поведения носителей в ОУНТ формально подобно описанию поведения электрона в теории Дирака, в данной работе предложен квантово-полевой подход к построению одно-частичного оператора плотности вероятности (ПВ) для двузонной модели ОУНТ [1]. Предложенный подход является альтернативой обычно рассматриваемому преобразованию Фолди-Ваутхаузена, которое позволяет разделить положительно и отрицательно частотные решения. Показано, что в рассмотренном “no-pair” приближении полученная одноэлектронная ПВ отличается от “классической” Шредингеровской ПВ, задаваемой квадратом волновой функции. Полученная ПВ указывает на вспомогательную роль волновой функции при анализе эксперимента, поскольку демонстрирует дополнительно к стандартному квантово-механическому размытию положения электрона, размытие, связанное с многозонностью проблемы. С точки зрения квантовой теории поля, дополнительное динамическое размытие связано с флуктуациями вакуума-заполненной валентной зоной (аналог “моря” Дирака). Налетающий электрон аннигилирует с дыркой виртуальной пары, а электрон пары продолжает движение [2]. Как показано, такая телепортация проявляется не только в особенности поведения ПВ, но и обуславливает существенную модификацию внешнего потенциала в полученном для однокомпонентной волновой функции одно-частичном уравнении типа Салпетера. К нелокальности псевдо-дифференциального оператора кинетической энергии добавляется нелокальное воздействие внешнего потенциала, который в общем случае представляет собой интегральный оператор. Обсуждаются условия существования псевдо-релятивистского эффекта дрожания электрона (Zitterbewegung) и его связь с полученным нелокальным потенциальным членом типа Дарвина. Показано, что описанные особенности поведения электрона в ОУНТ связаны с необычными свойствами оператора координаты rˆ в одно-частичном секторе:  r n n r  ˆ  . Предсказанные эффекты размытия достаточно велики (характерная длина-аналог Комптоновской длины в теории Дирака порядка 28,6А [1]) и, следовательно, наблюдаемы, например, с помощью сканирующей зондовой микроскопии. Однозначное соответствие в рамках предложенного подхода между решениями в ОУНТ и решениями (1+1) проблемы Дирака, предсказания для которой вне современных экспериментальных возможностей, представляет возможность экспериментального наблюдения и теоретического описания в ОУНТ таких релятивистских эффектов, как Zitterbewegung [3] и эффекта порождения электрон-дырочных пар - эффекта нестабильности вакуума СаутераШвингера [4].
Для процесса внутрирезонаторной генерации субгармоники исследована динамика корреляции флуктуаций числа фотонов взаимодействующих мод. Показано, что эта корреляция сильно зависит от коэффициента нелинейной связи между модами. В случае малых коэффициентов связи корреляция флуктуаций числа фотонов мала. При росте коэффициента связи корреляция растет (состояние подсистем начинает перепутываться) и, начиная от некторого значения коэффициента связи, при его дальнейшем росте начинает заново уменьшаться, и постепенно стремится к нулю (перепутанность между состояниями подсистем уменьшается). Исследована также квантовая динамика числа фотонов, квантовой энтропии и функции Вигнера стационарного состояния фундаментальной моды и моды субгармоники. Показано, что динамики этих величин тоже сильно зависят от значения коэффициента связи между взаимодействующими модами. Для больших значений коэффициента связи между модами показано, что мода субгармоники в больших временах взаимодействия локализуется в двухкомпонентном состоянии с одинаковой вероятностью обнаружения моды в каждой компоненте состояния. Квантовая энтропия этого состояния меньше максимальной энтропии двухкомпонентного состояния ln2, что показывает наличие квантово-механической интерференции между компонентами состояния моды субгармоники.