Hieno rakenne

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.

Vaikutus laserin kynnyspumppausintensiteettiin

Rubidiumhöyrylaserin hienorakenteen sekoitusnopeuden vaikutus kynnysvoimakkuuteen, jossa abski on hienorakenteen sekoitusnopeusΓ_{32-tai 32-32-32-diinapumppuun3-säteilynopeuteen intensiteetti. Laskentaparametrit valitaan seuraavasti: l=3 cm, keskimääräinen lasertilan halkaisija välineelläw=0,6 mm, T=110℃, ΔνD2=14 GHz (täytetty 7,98 × 10⁴ Pahelium),Δνpumppu=30 GHz, ηtila=ηdel=< i>Tr=0,95,Rp=1,Roc< /sub>=0.2,kun puskurinkaasupaine on pieni,yleensä merkityksetönQ21,Q31.}

Γ₃₂-vaikutus pumppausintensiteettiin sub>21,1/(Γ₃₂^.τ₂₁) voidaan jättää huomiotta verrattuna2exp[(-Δ E/(kT)](1,6 at 110℃),tämäKunI_thei ole mitään tekemistä Γ_32:n kanssa sub>,tämä likimäärä on yleensä tosikäytäntö(täyttö1,33×10⁴PaethaneΓ₃₂=40^.A_{31< /sub>).}

Vaikutus lasertehokkuuteen ja hiukkasten lukumäärän jakautumiseen

Koska P_1/2ja P_3/2teinienergia-aukotofalkalimetalliatomit ovat äärimmäisen kapeita, tasapainoperiaatteen periaate määrittää sen, että P_1/2 tyhjennetty (in110 ℃ lämpötasapainotilan₃/n₂on 161,0 % kaliumia, 82,0 % rubidiumia, 24,9 % cesiumia). .

Kuvaile hiukkasten lukumääränpoikkeamaaenergiatasojenP_1/2ja P_3/2lämpötasapainon aste. Kunγ=1 onlämpötasapainojakauma. ,ja pumppausteho onP_p=100W,jossaη_opt-optoptical-opticalconversionefficiency,η_{absorb? ali>onpumpunvalon absorptiotehokkuusväliaineen päätypinnassa,ηopt-abson pumpunvalon absorptioon suhteutettu laserteho,jaonseuraava suhde:ηηubt<=opti /i>del^.ηabsorboida^.ηopt-abs on hiukkasten lukumäärän ero pumpattavien energiatasojen välillä.p>}

Γ₃₂lisää, Δ_n13lisää myös niin, ettävalonpumppausaineen imeytystehoη_absorptiolisää myös valonvaimennustehoa<η /i>_opt-absei ole mitään tekemistä Γ₃₂:n kanssa, ja se säilyttää aina korkean tehokkuuden 90 % (Γ_{32 on pieni,ηopt-abssyynä on, kun spontaania käyttöä ei voida jättää huomioimatta laserin lähetysnopeuteen verrattuna).Tämä on DPAL:n korkean määrällisen tehokkuuden osoitus. Tästä voidaan päätellä, että DPAL:n pumpunvalon tehokas imeytyminen ei vain vaadi pumppausspektrin leveyttä. ei saa vähentää tehokkaasti P3/2energiatasoa, rentouttaa P1/2energiatasoon imeytymisen kyllästymisen estämiseksi.γon aina suurempi kuin1ja lähestyy132 Γ:n,32kasvun myötä. vain silloin, kunΓ32→∞onP3Partikkelien määrä/2ja P1/2energiataso vastaalämpötasapainojakaumaa,ja kun Γ32on pieni,sepoikkeaatasapainosta. josprosessointimenetelmälämpötasapainoonoletuslähes kolmitasoinenkiinteäjohdelaseritotetaan,syynä on suurempi virhe.Tämä johtuu siitä,ettäsäteilemätön rentoutumisnopeus kiinteässä väliaineessa,DP:ssä onpaljonkorkeampaakuinsäteileväsuhteellisena ALison pumpun imeytymis- ja laseremissionopeuden järjestys.}

Absorptiokyllästysvaikutus ja ratkaisu

KunΓ₃₂=300^.A₃₁Pumppaustehon vaikutus laserin suorituskykyyn ja muut parametrit ovat samat kuin edellä. Jatkuvan pumppaustehon kasvun myötä rajoitettu hienorakenteinen sekoitusnopeus ei pysty tehokkaasti siirtämään pumpattujen ylemmän tason hiukkasten määrää. Kun Δ_n13 → 0, ilmaantuu suurempi pumppauskyllästysvaikutus, mikä voi johtaakokonaistehoon. koska vaadittava hienorakenteinen sekoitusnopeus eli puskurikaasun paine kasvaa edelleen vastaavasti. Käytännössä puskurikaasun paine ei kuitenkaan saa olla liian korkea. se ei johda DPAL:n suuritehoiseen kalibrointiin ja vahvistukseen,kuten kun pumppausteho on 10 000 watin luokkaa.70 %:n tehokkuuden saavuttamiseksi on tarpeen ladata noin 3,039 × 10⁷järjestelmä, koska se on epärealistinen.

Laskelmat osoittavat,ettähiukkasten tiheyttä lisäämällä lasertilan äänenvoimakkuuttaja säätämällä lämpötilaa, pumppausvalon tehokas absorptio voidaan saavuttaapienempipienempirakennesekoitusnopeus,jakorkeampi valosta valoon -muunnos<3>. 300^.A₃₁ Lämpötilan ja keskipituuden vaikutus lasertehokkuuteen. Vertailun vuoksi pumppaustehoksi valitaanP_p=1000W,kunl=3cm,T=110At℃,η_opt-opt<10%, laskentatulokset osoittavat, että lasertehokkuus on parantunut huomattavasti lämpötilan nousun ja keskipituuden myötä.

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.