المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الفيزياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11580 موضوعاً
الفيزياء الكلاسيكية
الفيزياء الحديثة
الفيزياء والعلوم الأخرى
مواضيع عامة في الفيزياء

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر المرجع الالكتروني للمعلوماتية

دراسة لبعض المعادن (فلزية وغير فلزية) - معدن الحديد - (انواعه)
29-1-2023
Diphthongs MOUTH
2024-06-20
Intermolecular Forces
20-11-2020
الوصف المورفولوجي للقشدة (القشطة)
11-7-2016
common core
2023-07-08
نية المؤمن
2023-03-26

Relaxation oscillations  
  
1556   04:03 مساءاً   date: 26-12-2016
Author : H. HAKEN
Book or Source : LASER LIGHT DYNAMICS
Page and Part : vol 2 ، p67

Relaxation oscillations

In this section we wish to further study the time dependent processes in the single mode laser. But we shall no more assume that the inversion follows the photon number instantaneously. While this assumption is well justified if the photon numbers are small this is no more the case for higher photon numbers. Instead we consider small deviations of n and the occupation numbers from their corresponding stationary values. To this end we assume that n or N, initially deviate from their stationary states a little. We wish to show that n and Nj perform damped oscillations or, in other words, relaxation oscillations. Let us consider as an example a 3-level laser in which the optical transition occurs between the two upper levels. The corresponding occupation numbers are again denoted by N1 and N2. Let us assume that the lower transition from level 1 to level 0 takes place very rapidly (compare also the exercise at the end of this section). In this case the laser equations read as follows: Equation for the photons

   (1.1)

where D= N2- N1.

Fig. 1.1. Transition scheme in a system of three-level atoms in which the optical transition takes place from the uppermost to the middle level.

Equation for the occupation numbers

  (1.2)

N is the total number of atoms. Because of our assumption that the lower laser level is practically unoccupied we may replace D by N2 in the equation for the photons. We now assume that deviations of n and N2 from their stationary states N­0 and N02, respectively, have occurred. We study whether and in which way a stationary state will be reached again. To this end we make the hypothesis

 (1.3)

   (1.4)

where the stationary solutions n0 and N02 are fixed by the conditions

   (1.5)

and

    (1.6)

Inserting (1.3) and (1.4) in (1.1) and (1.2) we obtain terms which contain only the stationary solution, terms proportional to δn or δN2 and finally expressions which contain the product Sn δN2. We assume that the deviations from the equilibrium values are only small. This allows us to neglect the term Sn δN2 being of higher order. Because the stationary solution obeys the eqs. (1.5) and (1.6), this solution drops out and we only retain the equations

     (1.7)

and

   (1.8)

These are two coupled linear differential equations which we can solve as usual by the exponential ansatz

   (1.9)

and

    (1.10)

We insert (1.9) and (1.10) in (1.7) and (1.8), perform the differentiation with respect to time, and divide the resulting equations by the exponential function. We then obtain the following two equations

    (1.11)

and

    (1.12)

These are homogeneous equations for the unknowns A and B. According to elementary theorems of algebra a non-trivial solution is possible only if the corresponding determinant

    (1.13)

vanishes. This determinant can be easily evaluated. Inserting the values for N02 and n0 according to (1.5) and (1.6) we obtain an equation for a:

    (1.14)

We represent the solution of this quadratic equation in the form

   (1.15)

where Γ is given by

   (1.16)

and wr by

    (1.17)

We have assumed that the second term in the bracket in (1.17) is bigger than the first term, so that wr is a real frequency. Furthermore we have used the abbreviation

   (1.18)

The index "thr" is an abbreviation of "threshold". The most general solution for the photon number may be represented in the form

   (1.19)

where A1 and A2 are fixed by the initial conditions for the photon number n and the occupation number N2. Obviously the system relaxes towards the stationary state while it performs oscillations (fig. 1.2).

Fig. 1.2. Example of relaxation oscillations.




هو مجموعة نظريات فيزيائية ظهرت في القرن العشرين، الهدف منها تفسير عدة ظواهر تختص بالجسيمات والذرة ، وقد قامت هذه النظريات بدمج الخاصية الموجية بالخاصية الجسيمية، مكونة ما يعرف بازدواجية الموجة والجسيم. ونظرا لأهميّة الكم في بناء ميكانيكا الكم ، يعود سبب تسميتها ، وهو ما يعرف بأنه مصطلح فيزيائي ، استخدم لوصف الكمية الأصغر من الطاقة التي يمكن أن يتم تبادلها فيما بين الجسيمات.



جاءت تسمية كلمة ليزر LASER من الأحرف الأولى لفكرة عمل الليزر والمتمثلة في الجملة التالية: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation وتعني تضخيم الضوء Light Amplification بواسطة الانبعاث المحفز Stimulated Emission للإشعاع الكهرومغناطيسي.Radiation وقد تنبأ بوجود الليزر العالم البرت انشتاين في 1917 حيث وضع الأساس النظري لعملية الانبعاث المحفز .stimulated emission



الفيزياء النووية هي أحد أقسام علم الفيزياء الذي يهتم بدراسة نواة الذرة التي تحوي البروتونات والنيوترونات والترابط فيما بينهما, بالإضافة إلى تفسير وتصنيف خصائص النواة.يظن الكثير أن الفيزياء النووية ظهرت مع بداية الفيزياء الحديثة ولكن في الحقيقة أنها ظهرت منذ اكتشاف الذرة و لكنها بدأت تتضح أكثر مع بداية ظهور عصر الفيزياء الحديثة. أصبحت الفيزياء النووية في هذه الأيام ضرورة من ضروريات العالم المتطور.