История лазера. Научное издание

Ртак, Джаван РјРѕРі всецело посвятить себя лазеру. РћРЅ думал построить его, используя газы, Рё опубликовал предполагаемую конструкцию РІ Physical Review Letters РІ 1959 Рі. РћРЅ решил использовать газ РІ качестве активной среды, поскольку полагал, что это простое вещество облегчит исследования. Однако РѕРЅ думал, что невозможно использовать мощные лампы для накачки атомов РїСЂСЏРјРѕ РІ возбужденное состояние, Рё рассматривал возбуждение либо прямыми столкновениями СЃ электронами РІ среде чистого неона, либо путем столкновений второго СЂРѕРґР°. Р’ последнем случае разрядная трубка наполняется РґРІСѓРјСЏ газами, которые выбираются так, что атомы первого газа, возбуждаемые столкновениями СЃ электронами РІ электрическом разряде, РјРѕРіСѓС‚ передавать СЃРІРѕСЋ энергию атомам второго газа, возбуждая РёС…. Некоторые смеси газов имели структуру энергетических уровней, которая удовлетворяла этим условиям. Фактически, необходимо, чтобы энергетический уровень второго газа имел энергию, практически равную энергии возбуждения первого газа. РР· возможных комбинаций газов Джаван выбрал комбинацию гелия Рё неона, СѓСЂРѕРІРЅРё которых показаны РЅР° СЂРёСЃ. 54. РћРЅ считал, что любой физический процесс стремится Рє установлению больцмановского распределения энергии РїРѕ СѓСЂРѕРІРЅСЏРј (С‚.Рµ. населенность нижнего СѓСЂРѕРІРЅСЏ больше, чем населенность верхнего). Поэтому среда СЃ инверсной населенностью может получиться РІ стационарном процессе только РІ результате конкуренции различных физических процессов, протекающих СЃ разной скоростью.

Рто можно лучше понять РЅР° примере СЃ рассмотрением дерева СЃ ветками (РґРІРµ РЅР° СЂРёСЃ. 55), РЅР° которых СЃРёРґСЏС‚ обезьяны. Рассмотрим сперва населенность согласно больцмановской статистике, С‚.Рµ., скажем, четыре обезьяны СЃРёРґСЏС‚ РЅР° верхней ветке (1), пять РЅР° нижней (2) Рё шесть РЅР° земле (3, РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ уровень). РР· этих трех уровней РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ наиболее населен, Рё чем выше уровень, тем менее РѕРЅ заселен. Однако обезьяны РЅРµ СЃРёРґСЏС‚ РЅР° месте, РЅРѕ прыгают РїРѕ веткам (для примера РјС‹ можем полагать, что это РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ каждую минуту). Населенности РЅР° СѓСЂРѕРІРЅСЏС… РїСЂРё этом остаются РѕРґРЅРёРјРё Рё теми же РІРѕ времени (равновесная ситуация). Предположим теперь, что РјС‹ продолжаем заселять ветки СЃ той же скоростью (РѕРґРЅР° обезьяна Р·Р° минуту), РЅРѕ РІ то же время РјС‹ смачиваем ветку 2 Рё делаем ее скользкой. Теперь обезьяны РЅРµ РјРѕРіСѓС‚ оставаться РЅР° ней более, например, 10 секунд. Поэтому эта ветка быстро расселяется, Рё РІСЃРєРѕСЂРµ РЅР° ветке 1 оказывается больше обезьян, чем РЅР° ветке 2. Таким образом, получается инверсная населенность РёР·-Р·Р° того, что время пребывания обезьяны РЅР° разных ветках различно. Хотя это очень примитивные рассуждения, РЅРѕ РѕРЅРё помогают понять соображения Джавана.