ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Поглощение, спонтанное и вынужденное излучениеПусть Е1, Е2,... – значения энергии, которые может принимать атом или вообще любая атомная система. При поглощении фотона с энергией hn атом переходит с нижнего уровня m на более высокий энергетический уровень n (рис. 1а), при этом hn = En - Em (1) Атом может самопроизвольно перейти c высшего энергетического состояния En в низшее Em с излучением фотона (рис.1, б).
Такое излучение называют спонтанным (самопроизвольным). Так как спонтанные переходы взаимно не связаны, то спонтанное излучение некогерентно. В 1916 г. Эйнштейн постулировал, что кроме поглощения и спонтанного излучения должен существовать третий, качественно иной тип взаимодействия. Обсудим его. Если на атом, находящийся в возбужденном состоянии Еn, действует внешнее излучение с частотой n, удовлетворяющей условию hn=Еn-Еm, то возникает вынужденный (индуцированный) переход в состояние m с излучением фотона той же энергии hn = Еn - Еm (рис. 1, в). Возникшее при этом излучение называют вынужденным (индуцированным) излучением. Таким образом, в процессе вынужденного излучения вовлечены 2 фотона: первый фотон, вызывающий испускание излучения, и вторичный фотон, испускаемый атомом. Существенно, что, вторичные фотоны неотличимы от первичных, являясь их копией. Следовательно, вынужденное излучение (вторичные фотоны) тождественны вынуждающему излучению (первичным фотонам): оно имеет такие же частоту, фазу, поляризацию, направление распространения, как и вынуждающее излучение. Т.о. вынужденное излучение строго когерентно с вынуждающим излучением. Эйнштейн показал, что число dNn атомов, которые из общего числа атомов Nn, находящихся в состоянии n, перейдут в состояние m за время dt dNn=(Anm+Bnm rn) Nn dt, (2) где Anm – коэффициент Эйнштейна для спонтанного излучения, Bnm – коэффициент Эйнштейна для вынужденного излучения, rn – спектральная плотность энергии внешнего поля (полная объемная плотность энергии w = W/V связана со спектральной плотностью соотношением w= ). Под n понимается частота nnm, соответствующая переходу из состояния n в состояние m. Взаимодействие атомов в состоянии m с электромагнитным полем может приводить к вынужденному поглощению фотона с энергией hn = Еn - Еm и сопровождается переходом атома в состояние n. Число таких атомов dNm = Bmn rn Nm dt, (3) где Bmn – коэффициент Эйнштейна для вынужденного поглощения, Nm – число атомов в состоянии m. В статистической физике известен принцип детального равновесия (в равновесной термодинамической системе каждый микроскопический процесс сопровождается обратным ему процессом, причем вероятность обоих процессов одинаковая), из которого следует, что dNn = dNm. (4) Чтобы вынужденное излучение превосходило спонтанное излучение и вынужденное поглощение необходимо создать неравновесное состояние системы, при котором число атомов в возбужденных состояниях было бы больше, чем их число в основном состоянии. Такие состояния называются состояниями с инверсией населенности или инверсными. Процесс перевода среды в инверсное состояние называется накачкой усиливающей среды. Накачку можно осуществить оптическими, электрическими и другими способами. В средах с инверсными состояниями вынужденное излучение может превысить поглощение, вследствие чего падающий пучок света при прохождении через эти среды будет усиливаться (такие среды называются активными). Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|