Jemná struktura

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.

Účinek na intenzitu čerpání prahu laseru

Účinek rychlosti směšování jemné struktury páry rubidia v laseru na prahovou intenzitu, kde abscisa je rychlost čerpání jemné strukturyΓ_{32 na spontánní rychlost zářeníA31je kulovým tempem. takto:l=3 cm, průměrný průměr laserového režimu v médiuš=0,6 mm,T=110℃,ΔνD2=14GHz (vyplněno 7,98×10⁴ Pahelium),Δνpump=30GHz,ηrežim=ηdel=< i>Tr=0,95,Rp=1,Roc< /sub>=0,2,když je tlak vyrovnávacího plynu malý,obecně zanedbatelnýQ21,Q31.}

Γ₃₂má malý vliv na prahovou intenzitu čerpání. Lze vidět, když _Γ32≥A₂₁+Q< sub>21,1/(Γ₃₂^.τ₂₁)lze ignorovat ve srovnání s 2exp[(-Δ E/(kT)](1,6 at110℃),thisWhenI_thnemám nic společného sΓ_{32, tato aproximace je obvykle pravdivá v praxi (výplň1,33×10⁴PaethaneΓ32=40^.A31< /sub>).}

Účinek na účinnost laseru a distribuci počtu částic

Vzhledem k tomu, že energetická mezera ve stavu P_1/2a P_3/2je extrémně úzká, princip rovnováhy určuje, že P_3/2dokáže shromáždit energetickou hladinu 1 částice 0 ℃ tepelný rovnovážný stavn₃/n₂je 161,0 % draslíku, 82,0 % rubidia, 24,9 % cesia). Vznik akumulace a obrácení počtu částic jsou nepříznivé .

Popište odchylku počtu částic mezi energetickými hladinami P_1/2a P_3/2Stupeň teplotní rovnováhy. Kdyžγ=1, jedná se o samčí rovnovážné rozdělení.Účinekjemnéstruktury,referenčnímísenísoučástirozloženívýpočtuaparametr ingpowerisP_p=100W, kdeη_opt-optopticko-optická převodní účinnost,η_{absorbovatje účinnost absorpce světla čerpadla na konci média,ηopt-absje to účinnost ve vztahu k absorpci světla čerpadla a má následující vztah:ηopt-opt /i>del^.ηabsorbovat^.ηopt-abs,je rozdíl v počtu částic mezi úrovněmi čerpání energie.p>}

Se zvýšením Γ₃₂se zvyšuje také Δ_n13tak, že se zvyšuje také účinnost absorpce média pro čerpání světlaη_absorpce, což je relativní k_opt-absnemá nic společného sΓ₃₂ a vždy zachovává vysokou účinnost cykloset až 90 % (Γ_{32 je malé, sníženíηopt-absje způsobeno, když spontánní emisi nelze ignorovat ve srovnání s mírou laserové emise). Toto je ztělesnění vysoké kvantové účinnosti DPAL. Z toho lze vyvodit závěr, že efektivní absorpce světla čerpadla od DPAL nevyžaduje pouze složení čerpacího spektra šířky, ale stejné jako u účinně snižte P3/2}úroveň energie, abyste uvolnili hladinu energie P_1/2, abyste se vyhnuli saturaci absorpcí.γje vždy větší než 1a přibližuje se 1 se zvýšením Γ₃₂, pouze tehdy, kdyžΓ₃₂→∞jeP_{3Počet energetických hladin částic/2}a P_1/2závisí na tom, zda je Γ₃₂malé, výrazně se odchyluje od rovnovážného stavu. pokud je metoda zpracování zvolena za předpokladu mužské rovnováhy v kvazi tříúrovňovém polovodičovém laseru, dojde k velké chybě. Je to proto, že míra neradiační relaxace mezi podobnými energetickými hladinami v pevném médiu je vyšší než spontánní a stimulovaná míra emisí relací a amplituda DP v radiaci nebo sazba.

Účinek nasycení absorpce a jeho řešení

KdyžΓ₃₂=300^.A₃₁Vliv čerpacího výkonu na výkon laseru a další parametry jsou stejné jako výše. S neustálým zvyšováním výkonu čerpání nemůže omezená rychlost míchání jemné struktury účinně přenášet počet načerpaných částic s vyšší úrovní. Když se objeví Δ_n13→0, objeví se efekt saturace každého čerpání, což vede k celkové účinnosti přeměny světla na světlo, může dojít k prudkému poklesu struktury v požadovaném množství. Zabudovat, to znamená, že tlak nárazníkového plynu se bude také nadále odpovídajícím způsobem zvyšovat. V praxi by však neměl být tlak vyrovnávacího plynu příliš vysoký. nepovede to k vysokovýkonové kalibraci a zesílení DPAL, jako když je výkon čerpání řádově 10 000 wattů. K dosažení 70% účinnosti je nutné nabít asi 3,039 × 10 ⁷Paofthanu, což je skutečný laserový systém pro nerealistický.

Výpočty ukazují, že zvýšením objemu laserového režimu a úpravou teploty za účelem zvýšení hustoty počtu částic lze dosáhnout efektivní absorpce čerpacího světla za podmínek menší jemnější struktury míšení a vyšší konverze světla na světlo lze dosáhnout>> 3>3A₃₁ Vliv teploty a střední délky na účinnost laseru. Pro srovnání je čerpací výkon vybrán jakoP_p=1000W, kdyžl=3cm,T=110At℃,η_opt-opt<10 %, výsledky výpočtu ukazují, že účinnost laseru se významně zlepšila se zvýšením teploty a střední délky.

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.