Enseñanza

 

Semiclassical theory of amplification and lasing

 

Germán J. de Valcárcel and Eugenio Roldán y Franco Prati

 

Departament d 'Òptica, Universitat de València, Dr. Moliner 50, 46100-Burjassot, Spain.

CNISM and Dipartimento di Fisica e Matematica, Università dell'Insubria, via Valleggio 11, 22100 Como, Italy.

 

Recibido el 23 de mayo de 2006;
aceptado el 22 de junio de 2006

 

Abstract

In this article we present a systematic derivation of the Maxwell-Bloch equations describing amplification and laser action in a ring cavity. We derive the Maxwell-Bloch equations for a two-level medium and discuss their applicability to standard three- and four-level systems. After discusing amplification, we consider lasing and pay special attention to obtaining the laser equations in the uniform field approximation. Finally, the connection of the laser equations with the Lorenz model is considered.

Keywords: Amplification; laser theory; Lorenz-Haken model.

 

Resumen

En este artículo presentamos una deducción sistemática de las ecuaciones de Maxwell-Bloch que describen la ampliación y la emisión láser en una cavidad en anillo. Deducimos las ecuaciones de Maxwell-Bloch para un medio de dos niveles y discutimos su aplicabilidad a sistemas estándar de tres y cuatro niveles. Tras analizar la ampliación, consideramos la emisión láser, prestando especial atención a la deducción de las ecuaciones del láser en el límite de campo uniforme. Finalmente, consideramos la conexión de las ecuaciones del láser con las de modelo de Lorenz.

Descriptores: Amplificación; teoría del láser; modelo de Lorenz-Haken.

 

PACS: 42.55.-f; 42.55.Ah; 42.50.-p

 

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Acknowledgements

This work has been financially supported by the Spanish Ministerio de Ciencia y Tecnología and European Union FEDER (Project FIS2005-07931-C03-01).

 

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