Напівклачисні моделі дисипативного режиму нестійкості та надвипромінювання системи квантових випромінювачів

Анотація

У роботі обговорюється подібність дисипативних режимів генерації та режимів надвипромінювання для систем збуджених квантових випромінювачів, поміщених у відкритий резонатор. У разі існування резонаторного поля за рахунок відбиття від торців системи звичайно реалізується дисипативний режим генерації. При цьому декремент коливань у хвилеводі при відсутності випромінювачів виявляється більше інкремента виникаючої нестійкості системи випромінювачів, поміщеної в резонатор. При описі цього режиму вплив випромінювачів один на одного і сума їх власних полів нехтується. Поле резонатора змушує осцилятори випромінювати або поглинати кванти синхронно з ним, в залежності від локального значення інверсії заселеності. Генерація набуває слабо осциляторний характер через несинхронну зміну інверсії заселеності системи випромінюючих диполів (нутації), що мають основний і збуджений рівні енергії. Для опису процесу цілком достатньо рівнянь напівкласичної теорії, заснованої на використанні матриці щільності. У разі, коли резонаторне або хвилевідне поле відсутнє, врахування власних полів осциляторів стає істотним. Для моделювання процесу надвипромінювання застосовуються великі частки-випромінювачі, для опису яких слід скористатися рівняннями для матриці щільності. Показано, що взаємодія квантових випромінювачів в цьому випадку обумовлена електромагнітними полями в умовах, коли перекриття їх хвильових функцій несуттєво. Отримані рівняння, що дозволяють розглянути процес взаємодії випромінювачів. При взаємодії випромінювачів в резонаторі формується інтегральне поле, зростання інтенсивності якого призводить до синхронізації випромінювачів. Показано що характерні часи розвитку процесу, а також досяжні амплітуди збуджених полів для дисипативних режимів генерації та режимів надвипромінювання випромінювачів, що заповнюють відкритий резонатор, виявляються порівнюваними.