§1.3. Поглощение и усиление

В этом разделе будет рассмотрена связь между двумя процессами (поглощением и усилением) очень важными для создания лазерной генерации.

Пусть плоская электромагнитная волна с плотностью потока фотонов F = r(n) проходит через вещество толщиной dz (Рис. 1.9).

Рис. 1.9. Прохождение излучения через вещество

Вещество имеет два энергетических уровня с населённостью нижнего уровня N₁, а верхнего N₂. При этом B₁₂ = B₂₁ = сечение вынужденного излучения. Тогда изменение плотности потока фотонов определяется уравнением 1-10

(1-10)

Соответственно, если dF < 0, то происходит поглощение излучения в веществе, а если dF > 0, то вещество усиливает проходящее излучение. Переписав уравнение (1-10) в виде его легко можно проинтегрировать и получить выражение для F: , где F₀ – плотность потока фотонов на входе, L – длина среды. Из данного выражения следует зако́н Буге́ра — Ла́мберта — Бе́ра — физический закон, определяющий ослабление параллельного монохроматического пучка света при распространении его в поглощающей среде, в случае, когда N₁ > N₂. Также, при N₁ < N₂ следует, что в среде происходит усиление потока фотонов.