Провал Лемба

Провал Лемба — явище резонансного падіння вихідної потужності газового лазера по центру лінії підсилення. Вперше був передбачений Віллісом Лембом у 1963 році.

Теорія

Підсилення у лазерах відбувається шляхом взаємодії світлових променів із молекулами активного середовища, що характеризуються власною з центром на деякій частоті ${\displaystyle \omega _{0}}$, яка відповідає максимуму підсилення. Але лінія підсилення газового лазера розширюється внаслідок ефекта Доплера: оскільки молекули газу перебувають у постійному русі, то для фотонів лінія поглинання виявляється зсунутою на величину, яка залежить від швидкості молекул.

Всередині лазерного резонатора світлове випромінювання розповсюджується в обох напрямках. При цьому молекула, яка має деяку швидкість ${\displaystyle v_{0}}$, може взаємодіяти як із зустрічним фотоном, для якого резонансний перехід буде зміщено в область більш високих частот, так і з наздоганяючим, для якого резонансний перехід зсувається до нижчих частот. Найефективніша взаємодія молекули і фотона буде в тому разі, коли частота фотона і зміщеного резонансного переходу збігатимуться. В результаті, молекули, які мають нульову проєкцію швидкості на вісь резонатора (і незміщену лінію поглинання), будуть ефективно взаємодіяти з фотонами із частотою ${\displaystyle \omega _{0}}$, які розповсюджують в обох напрямках і їхній спільний внесок у вихідне випромінення лазера зменшиться. Інші ж молекули газу ефективніше взаємодіятимуть лише з тими фотонами, що розповсюджуються назустріч їм. Це буде спостерігатись як падіння потужності випромінювання на центральній частоті ${\displaystyle \omega _{0}}$ і поява двох максимумів лінії підсилення, які розташовані симетрично по відношенню до ${\displaystyle \omega _{0}}$. У загальному випадку положення Лембівського провалу може не збігатися з центром лінії підсилення.

Експериментально провал Лемба спостерігався у 1963 році В. Лембом, В. Беннетом та Р. Макфарлейном. Він використовується для стабілізації частоти генерації лазерів.

Зворотний провал Лемба

У резонатор можна помістити кювету з газом, що поглинає випромінювання лазера, насичення поглинання призведе до підсилення вихідної потужності у центрі провалу Лемба. Це явище, відкрите Полем Лі та М. Скольниковим, отримало назву зворотного Лембового провалу й знайшло застосування у методах звуження лінії лазерної генерації.

Джерела

• Шавлов А. Л. Спектроскопия в новом свете : ( )[рос.] // УФН. — 1982. — Т. 138. — С. 205—222. — DOI:10.3367/UFNr.0138.198210b.0205.
• Шуберт М., Вильгельми Б. Введение в нелинейную оптику = Einführung In Die Nichtlineare Optic / Пер. М. А. Ковнера. — М. : Мир, 1979. — Т. 2. — С. 312—314. — 6800 прим.