Фина структура

Thefinestructureofatomicenergylevels

Usuallyinsomelighterelements,thissplitisfine,andforheavyelementsthissplitislarger.Thespinandorbitintheatominteract,anddifferentspindirectionscauseenergychanges.Inthecaseofsingleelectron,theelectronspinhastwoorientations.Generally,theenergylevelissplitintotwo,andthefinestructureoftheenergylevelisdouble;inthecaseoftwovalenceelectrons,thetotalspinS=0and1,thecorrespondingenergylevelisfineThestructureissingletandtriplet;inthesameway,inthecaseof3valenceelectrons,thefinestructureofenergylevelisdoubletandquartet,andsoon.Theenergylevelsplitdistanceofthefinestructureisproportionaltothesquareoftheatomicnumber,andproportionaltothesquareofthefinestructureconstantathatcharacterizesthefinestructure.TheenergylevelintervalofthefinestructureobeystheLandeintervalrule,andtheratiooftheadjacentenergylevelintervalisproportionaltothelargerJvalueofthetworelatedtotalangularmomentums,thatis,theJvalue.Fromthis,itcanbedeterminedwhethertheatombelongstoLScoupling.Thefinestructureoftheatomicenergylevelmakesthespectrallinesemittedbytheatomictransitionalsohaveafinestructure.Studyingthefinestructureofthespectrallinescanobtaininformationaboutthespin-orbitinteractionswithintheatoms.

Theeffectoffinestructuremixingrateonlaserperformance

ForalkalimetalvaporlasersP_1/2andP_3/2Theparticlenumberdistributionofthepumpingenergylevelcannotbeprocessedbythemethodofthermalequilibriumassumption.Itisnecessarytousethebidirectionalfinestructuremixingratetodescribeitsrelaxationprocess;whenthefinestructuremixingrateisfargreaterthanthespontaneousemissionrateandtheelectronicstatequenchingrateTheeffectonthelaserthresholdcanbeignored;effectiveabsorptionofthepumpinglightnotonlyrequiresthepumpingspectrumwidthtomatchtheatomicabsorptionspectrumwidth,butalsoasufficientfinestructuremixingratetoovercometheabsorptionsaturationeffect;inpractice,itcanbeachievedbyoptimizingthelasermodeThevolumeandtemperatureachievehigherlight-to-lightconversionefficiencyatalowerfinestructuremixingrate.

Ефект върху интензитета на прагово изпомпване на лазера

Ефектът от скоростта на смесване на фината структура на рубидиеви парни лазери върху прага на интензитета, където абсцисата е степента на смесване на фината структура Γ_{32 към скоростта на спонтанното излъчванеA31, ординатата е праговата стойност на изпомпване опън. Параметрите за изчисление се избират отново, както следва:l=3cm, среден диаметър на лазерния режим в средатаw=0,6 mm,T=110 ℃, ΔνD2=14GHz (запълнено с 7,98×10⁴ Pahelium), Δνpump=30GHz,ηрежим=ηdel=< i>Tr=0,95,Rp=1,Roc< /sub>=0,2, когато налягането на буферния газ е малко, обикновено незначителноQ21,Q31.}

Γ₃₂има малък ефект върху праговата интензивност на изпомпване. Може да се види, че когато_Γ32≥A₂₁+Q< sub>21,1/(Γ₃₂^.τ₂₁)може да се игнорира в сравнение с 2exp[(-Δ E/(kT)](1,6 при 110 ℃), това КогатоI_thняма нищо общо с Γ_{32, това приближение обикновено е вярно inpractice(filling1.33×10⁴PaethaneΓ32=40^.A31< /под>).}

Ефект върху ефективността на лазера и разпределението на броя на частиците

Тъй като P_1/2и P_3/2енергетичните пролуки на фалкалкални метални атоми са изключително тесни, принципът на фин баланс определя, че нивото на P_3/2енергия ще натрупа голям брой частици и може не се изпразва (при 110 ℃ състояние на топлинно равновесиеn₃/n₂е 161,0% калий, 82,0% рубидий, 24,9% цезий). .

Опишете отклонението на броя частици между енергийните нива на P_1/2и P_3/2Степента на топлинно мъжко равновесие. Когатоγ=1, това е разпределението на топлинното мъжко равновесие. отделно и мощността на помпата еP_p=100W, къдетоη_opt-optефективност на оптично-оптично преобразуване,η_{абсорбиранее ефективността на абсорбцията на светлината от помпата в края на средата,ηopt-absе ефективността на лазера по отношение на абсорбцията на светлината от помпата и има следната връзка:ηopt-opt=η< /i>дел^.ηабсорбирам^.ηopt-abs, е разликата в броя на частиците между нивата на генериране на изпомпване.p>}

С Γ₃₂се увеличава, Δ_n13също се увеличава, така че ефективността на поглъщане на средата за изпомпване на светлинаη_{поглъщане}също се увеличава, което е по отношение на поглъщането на изпомпванеЕфективността на лазераη< /i>_opt-absняма нищо общо с Γ₃₂ и винаги поддържа висока ефективност на циклозата до 90% (Γ_{32 е малко, намалението наηopt-abs се причинява, когато спонтанното излъчване не може да бъде пренебрегнато в сравнение със скоростта на лазерно излъчване). Това е въплъщение на високата количествена ефективност на DPAL. От това може да се заключи, че ефективното поглъщане на светлина от помпа от DPAL не изисква само ширината на спектъра на изпомпване, за да съответства на широчината на спектъра на атомна абсорбция, но и достатъчна перка степента на смесване на структурата за ефективно намаляване на P3/2}енергийното ниво се отпуска до P_1/2енергийното ниво, за да се избегне насищането на абсорбция.γе винаги по-голямо от 1 и продължава да се приближава до 1 с повишаване на Γ₃₂, само когато Γ₃₂→∞е P_{3, броят на частиците при/2}и P_1/2енергийни нива е разпределението на топлинното мъжко равновесие, а когато Γ₃₂е малко, то се отклонява сериозно от състоянието на топлинно мъжко равновесие. Следователно, ако се приеме методът за обработка на предположението за топлинно мъжко равновесие в квазитристепенния твърдотелен лазер, ще се получи голяма грешка. Това се дължи на факта, че степента на нерадиационна релаксация между подобни нива на енергия в твърдата среда е много по-висока от скоростите на спонтанни и стимулирани емисии., И скоростта на нерадиационна релаксация в DPALi син на реда на абсорбцията на помпата и скоростта на лазерната емисия.

Ефект на насищане на абсорбцията и неговото решение

Когато Γ₃₂=300^.A₃₁Влиянието на изпомпващата мощност върху производителността на лазера и другите параметри са същите като по-горе. С непрекъснатото увеличаване на мощността на изпомпване, ограничената скорост на смесване на фина структура не може ефективно да прехвърли броя изпомпани частици от по-високо ниво. Когато Δ_n13→0, се появява силен ефект на насищане при изпомпване, което води до цялостната ефективност на преобразуване от светлина към светлина рязко спада. Може да се види, че помпата мощността на пинг се увеличава, има необходима скорост на смесване с фина структура, тоест налягането на буферния газ също ще продължи да се увеличава съответно. Въпреки това, на практика налягането на буферния газ не трябва да бъде твърде високо. Това ще причини сериозни ефекти на охлаждане на електронното състояние. От друга страна, няма да допринесе за високомощно калибриране и усилване на DPAL, като например, когато мощността на изпомпване е от порядъка на 10 000 вата. За да получите 70% ефективност, е необходимо да заредите около 3,039×10⁷Paofethane, което е нереалистично за действителната лазерна система.

Изчисленията показват, че чрез увеличаване на силата на звука на лазерния режим и регулиране на температурата за увеличаване на плътността на броя на частиците, може да се постигне ефективно усвояване на изпомпващата светлина при условие на по-малка скорост на смесване на фина структура и може да се получи по-високо преобразуване на светлина към светлина. Ефективност, когато Γ₃₂=300^.A₃₁ Влиянието на температурата и средната дължина върху ефективността на лазера. За сравнение мощността на изпомпване е избрана катоP_p=1000W, когатоl=3cm,T=110At℃,η_opt-opt<10%, резултатите от изчислението показват, че лазерната ефективност е значително подобрена с повишаването на температурата и средната дължина.

Preliminarystudyonthefinestructureoftheseasurfaceheightalongtheorbitanditsapplicationtechnology

Introducedtwohigh-precisionstructuresoftheseasurfaceheightalongtheorbitinthefrequencydomainandthemulti-scaledomain,andthenAnewmethodforcalculatingtheaverageseasurfaceheightandsealevelanomalyusingthehigh-precisionstructureoftheseasurfacealongtheorbitisproposed.Finally,thespectrumandmulti-scaledecompositionoftheaverageseasurfaceheightandthesealevelanomalyalongtheorbitarefurtherdiscussed,aswellastheirtime-dependentdecomposition.Changecharacteristics.

Calculationtechnologyofaverageseasurfaceheightandsealevelanomaly

Fromthedefinitionofthehigh-precisionstructureoftheseasurfaceheightmeasurementalongtheorbit,theseasurfaceheightcanberegardedasacertainlinearElementsinspace.Ifthelinearspaceisbasedonthetrigonometricfunctionsystem,thesealevelheightalongtheorbitcanbeexpressedasalinearcombinationoftrigonometricfunctionbasestoobtaintheFouriertransformofthesealevelalongtheorbit,thatis,thefrequencydomainfinestructure.Ifthelinearspaceisbasedonamulti-scalewaveletbase,thesealevelalongtheorbitcanbeexpressedasalinearcombinationofmulti-scalewaveletbases,andthesealevelalongtheorbitcanbedecomposedatmultiplescalestoobtainamulti-scalefinestructure.

Averagesealevelcalculationtechnology

Usually,whencalculatingtheaveragesealevel,thesealevelmeasuredindifferentweeksisregardedasastatisticalsamplingoftheaveragesealevel.Similarly,thefinestructureoftheseasurfacealongtheorbitindifferentweekscanalsoberegardedasastatisticalsamplingofthehighfinestructureoftheaverageseasurfacealongtheorbitinthefrequencydomainandmulti-scaledomain.Fromthelinearspaceadditivity,thefinestructureoftheaverageseasurfaceheightalongtheorbitisequaltotheweightedaverageofthehighfinestructureoftheseasurfacealongtheorbitindifferentcircumferences.Knowingthefinestructureoftheaveragesealevelalongthetrack,theaveragesealevelalongthetrackcanbereconstructed,andthenthegridaveragesealevelcanbecalculated.Themainstepstocalculatetheaverageseaheightusingthehigh-precisionstructureoftheseasurfacealongtheorbit:

1.Calculatethefinestructureofthesealevelheightalongtheorbitindifferentcircumferences;

2,ifthefinestructureisIfitisdescribedinamulti-scaleformat,thenperformsingularityanalysistodetectandsuppressitssingularity;

3.Use(eliminateorsuppressthesingularity)theheightoftheseaalongtheorbitofdifferentcircumferencesCalculatethehigh-precisionstructureoftheaverageseasurfacealongtheorbitwithfinestructure;

4.Reconstructtheaverageseasurfaceheightalongtheorbitfromthehigh-definitionstructureoftheaverageseasurfacealongtheorbit;

5.Theaverageseasurfaceheightalongtherailisadjustedattheintersectionpoint,andtheaverageseasurfaceheightalongtherailaftertheadjustmentiscalculated;

6.Thegridaveragesealevelheightiscalculatedfromtheaverageseasurfaceheightalongtherailaftertheadjustment.

Reconstructedfromthefrequencydomainfinestructureoftheremainingaveragesealevelalongthe53rdarcoftheTOPEX/Poseidonsatellite.Itcanbeseenfromthecomparisonthattheresultsoftheaverageseasurfaceheightalongtheorbitreconstructedfromthefrequencydomainfinestructureandthemulti-scalefinestructureareslightlydifferent.Theaccuracyofthedetailedstructureisrelativelyhigh.

Sealevelanomalycalculationtechnology

Themainstepsforcalculatingsealevelanomaliesusingthefinestructureofsealevelheightmeasurementalongthetrack:

1.DifferentcalculationsElevatethefinestructureoftheseasurfacealongtheorbit;

2.Ifthefinestructureisdescribedinamulti-scaleform,performsingularityanalysistodetectandeliminateorsuppressitssingularity;

2.p>

3.Calculatethefinestructureoftheaveragesealevelalongthetrackfromthefinestructureofthesealevelheightmeasuredindifferentweeks(eliminateorsuppressthesingularity);calculatethefinestructureoftheaveragesealevelalongthetrackfromthefinestructureoftheaverageseaheightalongthetrackAndcarryouttheintersectionadjustment;recalculatethefinestructureoftheaverageseasurfaceheightalongtheorbitfromtheadjustedaverageseasurfaceheight;Calculatethefinestructureofthesealevelanomalyalongtherailbyusingthehigh-precisionstructureoftheheightmeasurementsurfacealongtheorbitandtheaveragesealevelaftertheadjustment;

5.ReconstructionofthefinestructurefromthesealevelanomalyalongtherailThesealevelanomalyalongtherail;

6.Calculatethegridsealevelanomalyfromthesealevelanomalyalongtherail.Thesealevelanomalyalongtheorbitofthe53rdarcoftheTOPEX/Poseidonsatellitefrom120to232weeksisgivenagraphevery5weeks(thetimesequenceisfromtoptobottom,fromlefttoright).Theunitofabscissais(°)andtheunitofordinateism.

Becauseofthehighaccuracyofthehigh-precisionstructureoftheaverageseasurfacealongtheorbit,thesealevelanomalyalongtheorbitalwaysswingsaroundzero,whichintuitivelyreflectsthecharacteristicsofthesealevelchangeovertime.Itcanbeseenthat,comparedwiththesealevelanomaliesreconstructedfromthefrequencydomainfinestructure,thedetailedfeaturesofthesealevelanomaliesreconstructedfromthemulti-scalefinestructurearemoreprominent.

First,calculatethefinestructureoftheseaheightalongtheorbitondifferentcircumferences,soastofullytakeintoaccountthedetailedstructureoftheseaheightalongtheorbit,andavoidprocessingallhigh-frequencyinformationasnoise.Thencalculatethefinestructureoftheaverageseasurfaceheightalongtheorbitbymeasuringthehigh-precisionstructureoftheseasurfaceheightalongtheorbitofdifferentcircumferences.Thisstepisessentiallytocalculatethefinestructureoftheaverageseasurfaceheightalongtheorbitinthefrequencydomainormulti-scaledomain.Theprocessofreconstructingtheaverageseasurfaceheightalongtheorbitfromthehigh-precisionstructureoftheaverageseasurfacealongtheorbitisessentiallytorecovertheaverageseasurfaceheightalongtheorbitfromthefrequencydomainormulti-scaledomain.Thesealevelanomalyalongtheorbitisreconstructedfromthefinestructureoftheweeklysealevelanomaly,insteadofdirectlysubtractingtheaveragesealevelfromthesealevelalongtheorbitasintheconventionalmethod,soastofullyconsiderthespatialandtemporalchangesofsealevel.Differencesincharacteristics.