Являются ли лазеры квантовыми генераторами? Опции

[Менде]

Лазеры принято считать квантовыми генераторами [1]. Но такое их название не соответствует принципу их действия. Известно, что лазерное излучение обладает высокой когерентностью и направленностью. Принцип построения излучающих систем с такими характеристиками хорошо известен в радиотехнике, в них используется большое количество элементарных фазированных излучателей, расположенных в определённом порядке. Называются такие системы фазированными антенными решетками (ФАР) [2,3]. Чем больше элементарных излучателей используется и чем на большем пространстве они расположены, тем большую направленность и мощность можно получить при их помощи. Для получения высокой направленности линейные размеры системы должны быть значительно больше длины излучаемой волны.
В рабочем веществе лазера тоже содержится громадное количество элементарных излучателей - атомов или молекул рабочего вещества. В твердотельных лазерах, например, рубиновых, излучающие атомы (атомы хрома) тоже расположены в кристалле рабочего вещества в определённом порядке. Если такие атомы каким-либо образом синхронно возбудить так, чтобы их колебания были фазированы, как в ФАР, то с радиотехнической точки зрения такая система может давать очень узконаправленное излучение, т.к. количество излучателей очень велико, а длина излучаемой волны гораздо меньше линейных размеров поля излучения. Но как возбудить атомы? Один из таких способов – ударное возбуждение, когда рабочее вещество лазера облучают коротким импульсом от лампы вспышки, как это делается в рубиновом лазере. Но при помощи лампы вспышки нельзя возбудить атомы так, чтобы фаза их колебаний соответствовала условиям ФАР. Для такой селекции служит внешний макроскопический резонатор. Условие указанной селекции – совпадение одной из резонансных мод внешнего резонатора с частотой собственных колебаний атомов хрома. Но этого недостаточно. Решетку ФАР составят только атомы хрома, расположенные в местах, где их фаза колебаний совпадает с фазой колебаний макроскопического резонатора. Но в общем количестве возбуждённых атомов таких не много, всего несколько процентов от общего количества. Поэтому КПД рубинового лазера не высок [4]..
Следовательно, рубиновый лазер работает по всем законам классической радиотехники, и ничего в нём квантового нет, хотя название у него очень красивое – двухуровневый квантовый генератор.

Литература

1. Элементарный учебник физики: Учеб. Пособие. В 3Т/ Под ред. Г. С. Лансберга: Т. 3. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика. – 12-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. – 656 с.
2. Воскресенский Д. И., Гостюхин В. Л., Максимов В. М., Пономарёв Л. И. Антенны и устройства СВЧ / Под ред. Д. И. Воскресенского. Учебник. — 2-е изд. — М.: Радиотехника, 2006. — 376 с.
3. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решёток. Учебное пособие / Под ред. Д. И. Воскресенского. — М.: Радио и связь, 1994. — 592 с.4. Weber, Marvin J. Handbook of laser wavelengths, CRC Press, 1999.5. Manley J. M., Rowe H. E. Some general properties of nonlinear elements. Pt. 1. Gene¬ral energy relations // Proceedings of Insti¬tute of Radio Engineers. 1956. Vol. 44. № 7.
6. Менде Ф. Ф., Дубровин А. С. Альтернативная идеология электродинамики. Монография. М.: Перо, 2016. – 198 с.
7. Mende F. F., Dubrovin A. S. Alternative ideology of electrodynamics. Monograph. M.: Перо, 2016. - 216 p.

Cтатья F. F. Mende Lasers Are Quantum by Generators принята к публикации в Physics Journal American Institute of Physics (AIP).
Как только статья будет опубликована, она будет представлена на форуме.

Сообщение отредактировал Менде - 20.3.2018, 19:28

[vps137]

Условие указанной селекции – совпадение одной из резонансных мод внешнего резонатора с частотой собственных колебаний атомов хрома. Но этого недостаточно. Решетку ФАР составят только атомы хрома, расположенные в местах, где их фаза колебаний совпадает с фазой колебаний макроскопического резонатора. Но в общем количестве возбуждённых атомов таких не много, всего несколько процентов от общего количества. Поэтому КПД рубинового лазера не высок [4]..
Следовательно, рубиновый лазер работает по всем законам классической радиотехники, и ничего в нём квантового нет, хотя название у него очень красивое – двухуровневый квантовый генератор.

Мне казалось, что колебания атомов, фононы, в лазерах играют второстепенную роль, размывая пучок. Накачка идет на электронную подсистему, атомы переводятся в возбуждённое состояние, синхронно "выстеливая" фотонами. Поэтому лазер называют квантовым генератором.

Сообщение отредактировал vps137 - 20.3.2018, 18:41

[Менде]

Мне казалось, что колебания атомов, фононы, в лазерах играют второстепенную роль, размывая пучок. Накачка идет на электронную подсистему, атомы переводятся в возбуждённое состояние, синхронно "выстеливая" фотонами. Поэтому лазер называют квантовым генератором.

Любой лазер это тривиальная фазированная антенная решетка с большим количеством фазированных дипольных излучателей, и излучает эта решетка направленный пучок ЭМ волн, а кванты это просто выдумка.

[vps137]

Любой лазер это тривиальная фазированная антенная решетка с большим количеством фазированных дипольных излучателей, и излучает эта решетка направленный пучок ЭМ волн, а кванты это просто выдумка.

Как тогда по-Вашему работают газовые и плазменные лазеры? Там тоже диполи?

Дискретный спектр излучения атомов всё-таки не выдумка...

[Менде]

Как тогда по-Вашему работают газовые и плазменные лазеры? Там тоже диполи?

Дискретный спектр излучения атомов всё-таки не выдумка...

Естественно, дипольное излучение атомов и молекул рабочего вещества является основой работы и таких лазеров. Характерной особенностью таких диполей является то, что они имеют свойства резонаторов с очень высокой добротностью на резонансной частоте. Будучи возбуждёнными ударным способом, такие резонаторы излучают ЭМ волны на резонансной частоте. Их же синхронизация по фазе осуществляется при помощи полей внешнего резонатора, что носит название стимулированного излучения.

[Дедуля]

Задолбал уже этим вопросом на всех форумах.
Лазер не является КВАНТОВЫМ, он является источником НЕПРЕРЫВНОГО КОГЕРЕНТНОГО МОНОХРОМАТИЧЕСКОГО излучения, как любой радиопередатчик.
Происходит это благодаря непрерывному подводу энергии и коллективному характеру индуцированного излучения, в отличие от порционного излучения изолированных возбуждённых атомов, энергии возбуждения которых хватает лишь на излучение порции (=кванта) излучения.

[Менде]

Задолбал уже этим вопросом на всех форумах.
Лазер не является КВАНТОВЫМ, он является источником НЕПРЕРЫВНОГО КОГЕРЕНТНОГО МОНОХРОМАТИЧЕСКОГО излучения, как любой радиопередатчик.
Происходит это благодаря непрерывному подводу энергии и коллективному характеру индуцированного излучения, в отличие от порционного излучения изолированных возбуждённых атомов, энергии возбуждения которых хватает лишь на излучение порции (=кванта) излучения.

Вот и хорошо, что наконец поняли, как работает лазер. Только кванты здесь не при чём. Любой возбуждённый атом излучает ровно столько энергии, сколько он получил при его возбуждении. А тот жаргон, который используется, говоря о времени жизни в возбуждённом состоянии это всего лишь то время, когда амплитуда колебаний возбуждённого атома уменьшится в е раз.

[vps137]

Вот и хорошо, что наконец поняли, как работает лазер. Только кванты здесь не при чём. Любой возбуждённый атом излучает ровно столько энергии, сколько он получил при его возбуждении. А тот жаргон, который используется, говоря о времени жизни в возбуждённом состоянии это всего лишь то время, когда амплитуда колебаний возбуждённого атома уменьшится в е раз.

Тогда интерсивность излучения должна иметь зависимость [imath]exp(-\frac {E}{kT})[/imath]? Есть этому опытное подтверждение?

Сообщение отредактировал vps137 - 23.3.2018, 3:26

[Менде]

Тогда интерсивность излучения должна иметь зависимость [imath]exp(-\frac {E}{kT})[/imath]? Есть этому опытное подтверждение?

Это правильное замечание. Но дело обстоит так, что при большом количестве излучателей мощность излучения усредняется. Это связано с тем, что начальные моменты возбуждения отдельных атомов не коррелированы, однако, при этом происходит дальнейшая корреляция фаз их колебаний при помощи полей внешнего резонатора.

Сообщение отредактировал Менде - 23.3.2018, 12:18

[Дедуля]

Вот и хорошо, что наконец поняли, как работает лазер. Только кванты здесь не при чём. Любой возбуждённый атом излучает ровно столько энергии, сколько он получил при его возбуждении. А тот жаргон, который используется, говоря о времени жизни в возбуждённом состоянии это всего лишь то время, когда амплитуда колебаний возбуждённого атома уменьшится в е раз.

"Наконец" я это же писал тебе на Большом давным-давно.

[Менде]

"Наконец" я это же писал тебе на Большом давным-давно.

Не буду спорить, о том как происходит синхронизация фаз связанных механических маятников, отражающих процесс стимулированного излучения, Ваганов писал мне на БФ. Я Вас по фамилии и буду называть в дальнейшем.

[Дедуля]

Тогда интерсивность излучения должна иметь зависимость [imath]exp(-\frac {E}{kT})[/imath]? Есть этому опытное подтверждение?

Излучает в лазере не отдельные атомы, а среда из атомов с инверсной заселённостью энергетических уровней, что формально можно характеризовать ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ АБСОЛЮТНОЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ.
И излучение не имеет характера абсолютно чёрного тела, это монохромное когерентное непрерывное излучение, частота которого формируется частотными свойствами атомных излучателей среды и частотными свойствами резонатора, в котором находится эта среда - это излучатель обладающий такими же свойствами, что и антенна радиостанции - мощность излучения определяется подводимой мощностью и КПД преобразования мощности накачки в мощность излучения.

Не буду спорить, о том как происходит синхронизация фаз связанных механических маятников, отражающих процесс стимулированного излучения, Ваганов писал мне на БФ. Я Вас по фамилии и буду называть в дальнейшем.

А я чё спорю что ли?
Само возбуждение атома ещё не создаёт каких либо условий по фазе излучения, излучение всегда начинается с нулевой фазы, а вот запуск механизма излучения осуществляется всегда внешним взаимодействием (см. Первый закон Ньютона - закон ПРИЧИННОСТИ любых изменений движения материи), и ни один атом во вселенной не излучает самопроизвольно, излучение происходит только благодаря внешним взаимодействиям атомов. В случае с индуцированным излучением таким спусковым механизмом излучения отдельного атома является взаимодействие с бегущей волной в резонаторе, что и обеспечивает когерентность излучения всех элементарных излучателей среды.

Сообщение отредактировал Дедуля - 24.3.2018, 21:06

[Менде]

Излучает в лазере не отдельные атомы, а среда из атомов с инверсной заселённостью энергетических уровней, что формально можно характеризовать ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ АБСОЛЮТНОЙ ТЕМПЕРАТУРОЙ.
И излучение не имеет характера абсолютно чёрного тела, это монохромное когерентное непрерывное излучение, частота которого формируется частотными свойствами атомных излучателей среды и частотными свойствами резонатора, в котором находится эта среда - это излучатель обладающий такими же свойствами, что и антенна радиостанции - мощность излучения определяется подводимой мощностью и КПД преобразования мощности накачки в мощность излучения.


А я чё спорю что ли?
Само возбуждение атома ещё не создаёт каких либо условий по фазе излучения, излучение всегда начинается с нулевой фазы, а вот запуск механизма излучения осуществляется всегда внешним взаимодействием (см. Первый закон Ньютона - закон ПРИЧИННОСТИ любых изменений движения материи), и ни один атом во вселенной не излучает самопроизвольно, излучение происходит только благодаря внешним взаимодействиям атомов. В случае с индуцированным излучением таким спусковым механизмом излучения отдельного атома является взаимодействие с бегущей волной в резонаторе, что и обеспечивает когерентность излучения всех элементарных излучателей среды.

А кто против этого спорит.

[Дедуля]

А кто против этого спорит.

vps137, которого вы вроде как поддержали.
Кроме того, ранее вы заявляли, что у возбуждённых атомов уже есть фаза, определяющая и начальную фазу излучения, так вот этого нет. Крутится электрон и крутится, но излучения нет, и только в результате взаимодействия электрон теряет устойчивость и начинается излучение атома с нулевой начальной фазы.
Если излучение инициирует столкновение атомов, то фазы излучения отдельных атомов не связаны, излучение шумовое. Но если излучение инициируется ЭМ волной, то фазы синхронизированы и излучение когерентно.
Резонатор служит для накопления энергии волны, которая уже и организует согласованный оркестр.

Сообщение отредактировал Дедуля - 25.3.2018, 13:23

[Менде]

vps137, которого вы вроде как поддержали.
Кроме того, ранее вы заявляли, что у возбуждённых атомов уже есть фаза, определяющая и начальную фазу излучения, так вот этого нет. Крутится электрон и крутится, но излучения нет, и только в результате взаимодействия электрон теряет устойчивость и начинается излучение атома с нулевой начальной фазы.
Если излучение инициирует столкновение атомов, то фазы излучения отдельных атомов не связаны, излучение шумовое. Но если излучение инициируется ЭМ волной, то фазы синхронизированы и излучение когерентно.
Резонатор служит для накопления энергии волны, которая уже и организует согласованный оркестр.

Зачем Вы повторяете прописные истины. Себя убедить хотите?

[Дедуля]

Зачем Вы повторяете прописные истины. Себя убедить хотите?

Не себя, а вас, ибо вы и vps137 поддержали, и заявляли, что атомы в лазере излучают несинхронно, и лишь резонатор выбирает из всего излучения случайно оказавшееся синхронным, т.е. не понимаете механизма индуцированного излучения.

[Менде]

Не себя, а вас, ибо вы и vps137 поддержали, и заявляли, что атомы в лазере излучают несинхронно, и лишь резонатор выбирает из всего излучения случайно оказавшееся синхронным, т.е. не понимаете механизма индуцированного излучения.

По поводу механизма индуцированного излучения у меня с Вами разногласий нет.

[Дедуля]

По поводу механизма индуцированного излучения у меня с Вами разногласий нет.

Тогда исправляйте ваше стартовое сообщение в этой теме, там вы высказались несколько иначе.

[Менде]

Тогда исправляйте ваше стартовое сообщение в этой теме, там вы высказались несколько иначе.

Считайте, что уже исправил.

[Дедуля]

Считайте, что уже исправил.

Чтой то не заметил исправлений.
И далее, Черенковское точно так же является индуцированным излучением, хоть и без резонатора: пролетая быстрее скорости света в данной среде, частица формирует цепочку возбуждённых атомов, излучение первых из которых вызывает индуцированное излучение последующих, , что создаёт в сумме узконаправленное монохромное когерентное излучение, но поскольку таких цепочек образуется много и они излучают независимо друг от друга, то в целом излучение получается лишь узкополосным и узконаправленным. Т.е. аналогия с ударной волной является неверной.

Сообщение отредактировал Дедуля - 27.3.2018, 19:33