Spontán és indukált sugárzás. Indukált és spontán átmenetek. Spontán és indukált mutációk

A gerjesztett rendszer (Atom, molekulák) átmenete a felső energia szintjétől az alsó részre spontán vagy indukált.

Spontán spontán (független) átmenetnek nevezhető, mivel csak a rendszeren belül működő tényezők és sajátos tényezők. Ezek a tényezők meghatározzák a rendszer átlagos tartózkodási idejét a izgatott állapotban; A Heisenberg aránya szerint (lásd 11. §),

Elméletileg ezúttal eltérő értéke lehet:

azaz a rendszer tulajdonságaitól függ - a gerjesztett állapot energiájának szétszórása (a rendszer jellemzőire, az átlagos állapotban lévő tartózkodás átlagos értéke általában az átlagos értéktől függően történik, a környékre gyakorolt \u200b\u200bhatás űrrendszer ("fizikai vákuum"), amelyben még az elektromágneses hullámok hiányában is létezik kvantum elmélet, ingadozó mező ("vákuum ingadozások"); Ez a mező ösztönözheti a Watellin rendszer átmenetét az alacsonyabb szintre, és fel kell venni a spontán átmeneteket okozó indokolatlan tényezők számába.

Az indukáltat kényszerített (stimulált) átmenetnek nevezzük egy energetikailag alacsonyabb állapotra, amelyet bizonyos külső befolyás okoznak a izgatott rendszeren: termikus összeütközések, kölcsönhatás a szomszédos részecskékkel vagy az elektromágneses hullámrendszeren keresztül. Az irodalomban szűkebb definíciót állapítottak meg: a csak az elektromágneses hullámnak nevezett átmenet indukálódott, és ugyanaz a frekvencia, amelyet a rendszer sugárzott ezzel az átmenetzel (más frekvencia mezők nem rezonálnak saját rendszer ingadozásával,

ezért stimuláló akciójuk gyenge lesz). Mivel a "fuvarozó" elektromágneses mező Ez egy foton, majd ebből a definícióból következik, hogy a kibocsátás indukálta, a külső foton stimulálja az ugyanazon frekvencia (energia) új foton születését.

Tekintsük a spontán és indukált átmenetek legfontosabb jellemzőit egy egyszerű idealizált példában. Tegyük fel, hogy a térfogatv térfogatban a tükörfalakkal azonos rendszerek (atomok, molekulák) vannak, amelyek közül a kezdeti rögzített ponton a gerjesztett állapotba fordított idő az energia teljes túlzott energiával az ebben a kötetben a spontán átmenetek a következőkre jellemzőek:

1) Az izgatott rendszerek szokásos állapotokba való áttérésének folyamata (azaz a túlzott energia sugárzását idővel feszítik. Néhány rendszer a kellemetlen állapotban van mások számára ezúttal nagyobb. Ezért a patak (hatalom) a sugárzás idővel megváltozik, hogy megváltoztassa a maximumot bizonyos pillanatban, majd aszimptotikusan csökken-e nullára. A sugárzás átlagos értéke egyenlő lesz

2) az idő pillanatában, amikor egy rendszer sugárzásának megkezdődik, és ennek a rendszernek a helye teljesen felesleges a sugárzás pillanatában és a másik helyén, azaz nincs "koherencia" a sugárzó rendszerek között vagy időben. A spontán átmenetek teljesen véletlenszerű folyamatok, amelyek időben szétszóródnak, a környezet volumene és mindenféle irányban; A különböző rendszerek polarizációjának és elektromágneses sugárzásának síkja valószínűlegesen változik, ezért maguk is a koherens hullámok forrásai vannak.

Az indukált átmenetek jellemzőire azt feltételezzük, hogy az időbeli térfogat térfogatában az idő múlásával egy fotont vezetünk be energiával, pontosan megegyezik a valószínűséggel, hogy ez a foton az egyik, a nem kivont rendszerrel való ütközés egyike elnyeli; Ezt a valószínűséget az általánosabb esetben kisebb mértékben veszik figyelembe (amikor V-ben V-ben a fotonikus gázzal rendelkező rendszerek kölcsönhatása). Feltételezzük, hogy a foton nem felszívódik, ismételten tükröződik az edényfalaktól és a gerincvelő rendszerekkel való ütközésben serkenti az ugyanazon fotonok sugárzását, azaz indukált átmeneteket okoz. Mindazonáltal minden új foton megjelent ezekkel az átmenetekkel is izgatott átmenetek is. Mivel a fotonok sebessége nagyszerű, és a V térfogat mérete kicsi, akkor nagyon kevés időt vesz igénybe annak érdekében, hogy az összes izgatott rendszer a kezdeti időben kénytelen legyen normális. Ezért az indukált átmenetek esetében a következő jellemző:

1) A felesleges energiák kibocsátásához szükséges idő állítható és nagyon kicsi, így a sugárzás áramlása nagyon nagy lehet;

2) Ezenkívül a foton, amely az átmenetet okozott, és ugyanazon energia (frekvencia), amely az átmenet során megjelent, ugyanabban a fázisban van, ugyanolyan polarizációval és mozgásiránygal rendelkezik. Következésképpen az indukált sugárzás során kialakított elektromágneses hullámok koherensek.

Azonban nem minden foton ütközés egy izgatott rendszerhez vezet egy normál állapotba való átmenethez, azaz az indukált átmenet valószínűsége az egyes "kölcsönhatásban" foton a rendszerrel nem egyenlő. Ezt a valószínűséget ennek során jelölje meg, abban a pillanatban, vannak fotonok a V hangerőben, és mindegyikük átlagos ütközést okozhat az időegységenként. Ezután az indukált átmenetek száma időegységenként, ezért a V0 térfogatban megjelenő fotonok száma egyenlő lesz

A gerjesztett rendszerek számát jelöli az V térfogatban. A foton ütközések számával a gerjesztett rendszerekkel, az ilyen rendszerek koncentrációja arányos lesz az ilyen rendszerek koncentrációjával, azaz akkor is kifejezhető:

ahol a Shind figyelembe veszi az összes többi tényezőt, kivéve a fotonok számát és az izgatott rendszerek számát

A spontán sugárzás következtében a fotonok számának növekedése a spontán sugárzás következtében is előfordul. A spontán átmenet valószínűsége a gerjesztett állapotban való tartózkodás átlagos tartózkodási ideje fordított értéke, következésképpen a spontán átmenetek miatt az időegységenként megjelenő fotonok száma egyenlő lesz

A VOLUME V-es fotonok számának csökkenése a nem izgatott rendszerek felszívódásának eredményeképpen következik be (a gerjesztett rendszerek száma növekedni fog). Mivel nem minden "interakciós cselekmény" egy foton a rendszerrel, a felszívódáshoz mellékelni kell, akkor az abszorpció valószínűségét be kell vezetni, a tétek számát a hírek egy foton egységenkénti egységes rendszerrel arányosan arányos lesz a Az ilyen rendszerek száma tehát analógiával (2.83) segítségével egy fényképes megjelenítést írhat:

Megtaláljuk a különbséget a sugárzási folyamatok intenzitása és a fotonok felszívódása között, azaz a rendszerek átmenetének folyamata a legmagasabb szinttől az alsó és hátra:

Az értéktől függően a vizsgált mennyiségben a következő változások fordulhatnak elő;

1) Ha ebben a kötetben a fotongáz sűrűségének fokozatos csökkenése lesz, azaz a sugárzó energia felszívódása. Ehhez előfeltétel az izgatott rendszerek alacsony koncentrációja: fül

2) Ha a rendszer egyensúlyi állapotot teremt a gerjesztett rendszerek bizonyos koncentrációjában és a sugárzó energia sűrűsége tekintetében;

3) Ha (amely nagy értékeken lehetséges, akkor a vizsgált térfogatban a fotongáz sűrűsége (sugárzó energia) növekedése lesz.

Nyilvánvaló, hogy a sugárzási energia csökkenése vagy növekedése nem csak izolált térfogatú fényvisszaverő falakkal történik, hanem abban az esetben, ha a monokromatikus sugárzási energiát (fotonáramot egy izgatott felesleges energiát tartalmazó táptalajban szaporítják)

Relatív változást találunk a fotonok számában, amely egy fotonhoz és egy rendszerhez jön; (2,86), (2.83), (2,84) és (2.85) használatával kapjuk meg

Ne feledje, hogy az egyensúlyi állapotban (amely csak a (2,42) általános képletű pozitív hőmérsékleten lehetséges, a 12. §-ban látható, az arány egyenlő

A denominátorban ebben az esetben a statisztikai összeg csak két összetevőből áll, amelyek megfelelnek a normál állapotokban az energia és a 2) izgatott energiarendszerek Ebből a képletből következik, hogy végtelenül magas pozitív hőmérsékleten ez azt jelenti, hogy a hőmérséklet növelésével Nem lehet elérni azokat az államokat, amelyekben a gerjesztett rendszerek száma lenne további számok megmaradt. Ez nagyobb volt, mint az mnovozb, vagyis szükség van arra, hogy az alacsonyabb szintre való áttérés során megjelenő fotonok száma több, ugyanabban az időben felszívódott fotonok száma volt). A fentiek szerint azt jelezték, hogy az ilyen állapot nem érhető el a hőmérséklet növelésével. Ezért olyan közeg beszerzéséhez, amely növelheti a sugárzó áramot, amely áthalad, az atomok és molekulák gerjesztésének más (nem hőmérséklet) módszereit kell használni.

Megmutatható, hogy lehet, hogy lehet, hogy lehet több (azaz n) csak negatív hőmérsékleten, azaz a vizsgált táptalajon belüli nonhibrium állapotával. Ha továbbá ez a nem egyensúlyi állapot metastable (lásd: H. II., 3. §), akkor lehetséges, hogy megfelelő külső hatással lehet az egyensúlyi állapotra ugrás alakú átmenetet az egyensúlyi állapotba, mivel nagyon rövid energiát mentesítünk az egyensúlyi állapotra idő. Ez az ötlet lézereken alapul.

A közeg állapota, amelyben a tetején energiaszint Nagy töltési együtthatók vannak a legalacsonyabb, az úgynevezett inverzióhoz képest. Mivel ebben az állapotban a közeg nem gyengíti a szokásos módon, és fokozza a sugárzást átmenő sugárzás, majd a sugárzó áramlás intenzitásának megváltoztatására a közegben

a koefficiens negatív érték lesz (következésképpen a fokozat mutatója pozitív). Tekintettel erre, az inverziós állapotban lévő táptalajt negatív abszorpciós jelzővel rendelkező közegnek nevezik. Az ilyen környezetek megszerzésének lehetőségét, tulajdonságaikat és az optikai sugárzás fokozására szolgáló felhasználást V. A. menedzser és alkalmazottai (1939-1951) hozták létre.

A töltőhordozók generációjának és rekombinációjának folyamata szervesek egymástól, bár az ellenkezője a tartalomban. Az energia a rekombináció során fotonként kiemelhető (rekombináció kibocsátás), vagy fonon formájában (nem radikális rekombináció).

BAN BEN utóbbi évek Számos olyan eszköztípus, amely az elektromos jeleket átalakítva fénybe alakították ki. A cselekvés elve az úgynevezett rekombinációs sugárzás - a fényes kvantika sugárzása a gőzöntők közvetlen rekombinációs cselekményeiben.

Az intenzív rekombinációhoz egyidejűleg az elektronok nagy sűrűségét kell biztosítani a vezetési zónában és a szabad szintek nagy sűrűsége (lyukak) a Valence zónában.

Az ilyen feltételek akkor jönnek létre, amikor magas szint Az elektronok injekciója egy lyukú félvezetőben, nagy koncentrációjú elfogadóval.

Nyilvánvaló, hogy annak érdekében, hogy a közvetlen átmeneteknek megfelelő sugárzási rekombináció legyen, szükséges, hogy a félvezetője megfelelő zóna-struktúrával rendelkezik: a Valence Zone és a vezetési zóna szélsőségeinek meg kell felelniük ugyanolyan hullámvektor értéknek. .

Jelenleg számos, a III. Típusú, a III. Típusú, a II. PN-átmenetek, amelyek fényes oszcillációt bocsátanak ki, amikor bekapcsolnak az előre irányul. Az ilyen félvezető fényforrások nagyon kényelmesek lehetnek számos alkalmazáshoz, például jelzőeszközként.

A félvezetőt a szennyező zóna által okozott szennyeződések miatt a rekombináció energiájának megváltoztatása és következésképpen a kibocsátott fény hullámhossza. Így a rés P-N átmenetek két emissziós maximumot adnak: 5650 és 7000 Å. A Gaállítóban lévő P-N átmenetek 6000 és 7000 Å közötti ragyogást biztosítanak. Az 5600-6300 Å hullámhossz-tartományban lévő fényt a szilícium-karbid átmenetén lehet elérni. A radiatív rekombinációs üzemmódban végzett munka viszonylag nagy áramsűrűségben (több száz amper négyzetméterenként) következik be, kvantumkimpenként körülbelül 0,5-1,5%.

Az 500-at meghaladó nagyobb áramlási sűrűségeknél a / cm 2 és több ezerre érkezve a / cm 2, A minőségi új jelenség megnyilvánul -

A külső feszültségekkel a potenciálok érintkezési különbségének közelítésével (ami megfelel a nagyon magas áramlási sűrűségnek), ez megtörténik hívott a népesség inverziója . A vezetési zónában lévő elektronok sűrűsége magasabb lesz, mint az elektronok által elfoglalt szintek sűrűsége a Valence zóna mennyezetén.

A jelenlegi sűrűség értéke, amelyen a lakosság inverziója történik, hívják küszöbértékek.

A küszöbérték alatti áramoknál véletlenszerű rekombinációs cselekmények vannak, azaz Úgynevezett spontán sugárzás.

A küszöbérték feletti küszöbérték fölötti áramlatokkal, amelyek a félvezető okokon áthaladnak stimulált sugárzás - Számos töltőhordozó egyidejű rekombinációja. Ebben az esetben erősödés vagy generáció van összefüggő Könnyű oszcillációk, azaz az azonos fázisú oszcillációk.

Így a küszöbértéket meghaladó jelenlegi sűrűséggel bizonyos típusú félvezető P-N-transzitíciók lehetnek források lézer Sugárzás. A félvezető lézerek előnye, hogy nincs szükség optikai szivattyúzásra. Az optikai szivattyúzás szerepe itt az inverz populációt létrehozó áramok befecskendezése. A félvezető lézerek 50% -kal meghaladhatják az 50% -ot, és különösen előnyösek más típusú lézerekhez képest, ha folyamatos üzemmódban használják őket.

A lézer P-N-átmenetek leggyakoribb anyagai gallium-arzenid. A p-n-átmenet segítségével egy gallium-arzeniden folyamatos üzemmódban, szinte monokromatikus sugárzású vatt egységeket kaphat 8400 Å hullámhosszúsággal folyékony nitrogén hőmérsékletén. Szobahőmérsékleten a hullámhossz 9000 Å-ra emelkedik.

A félvezetők inverz populációja nemcsak injekcióval, hanem más módszerekkel is létrehozható, például az elektronsugarat használó elektronok gerjesztése.

Ábra. 1. A - spontán foton sugárzás; B - kényszeres sugárzás; B - rezonáns felszívódás; E1 és E2 - az atom energiájának szintjei.

Egy izgatott állapotban deTalán egy bizonyos idő után spontán módon, bármilyen külső hatás nélkül, menjen egy alacsony energiájú állapotba (a mi esetünkben a főben), amely az elektromágneses sugárzás (az energia kibocsátó fotonja h. = E. 2 -. egy). A foton egy izgatott atom (izgatott microsystem) kibocsátásának folyamata külső hatások nélkül történik spontán (vagy spontán) sugárzás. Minél nagyobb a spontán átmenet valószínűsége, a kevésbé átlagos atom élettartama a izgatott állapotban. Mivel a spontán átmenetek nem kapcsolódnak egymáshoz, akkor a spontán sugárzás inkoherens.

1916-ban, A. Einstein, magyarázatára a termodinamikai egyensúly figyelhető meg a kísérleti és abszorbeálódó sugárzást elnyelő, feltételezték, amely azon túlmenően, hogy az abszorpciós és spontán sugárzás, ott kell lennie egy harmadik, minőségileg különböző típusú kölcsönhatás. Ha egy kezdeményezett atomon van 2 , van egy külső sugárzás, amelynek kielégíti az állapotot hv= E. 2 – E. 1 , Ez felmerül Kényszerített (indukált) átmenet A földi állapotban 1 Az azonos energiájú foton sugárzásával hv= E. 2 – E. 1 (309. ábra, b). Hasonló átmenet esetén egy atomsugárzás következik be photon, opcionális A fotonhoz, amelyre az átmenet bekövetkezett. Az ilyen átmenetek eredményeként létrejövő sugárzás történik Kényszerített (indukált) sugárzás. Így két foton vesz részt a kényszeres sugárzás folyamatában: az elsődleges foton, amely egy izgatott atom által sugárzott sugárzást okoz, és az atom által kibocsátott másodlagos foton. Jelentősen a másodlagos fotonok megkülönböztethetetlen elsődleges, lény pontos másolatukat.

7 lézer elv

Lézer Egy olyan eszköz, amely átírja a szivattyú energiáját (könnyű, elektromos, termikus, kémiai, stb.) Egy koherens, monokromatikus, polarizált és keskeny irányú sugárzási áram energiájába.

A lézer munkájának fizikai alapja a kényszerített (indukált) sugárzás kvantum mechanikai jelensége. A lézersugár folyamatos lehet, állandó amplitúdóval vagy impulzussal, amely rendkívül nagy csúcskapacitást eredményez. Bizonyos rendszerekben a lézer munkaképe optikai erősítőként szolgál egy másik forrásból származó sugárzáshoz. Számos típusú lézer van az anyag összes aggregált állapotával, mint munkaközeg.

A lézer munkájának fizikai alapja a kényszerített (indukált) sugárzás jelensége. A jelenség lényege az, hogy az izgatott atom képes egy fotont egy másik foton fellépése alatt, ha az utóbbi energiája megegyezik az atomi szintek energiájának különbségével és után. Ugyanakkor a sugárzott foton koherens foton, amelyet sugárzás okoz (ez a "pontos másolat"). Így a fényerősség bekövetkezik. Ez a jelenség különbözik a spontán sugárzástól, amelyben a sugárzott fotonok véletlenszerű tervezetet, polarizációt és fázist eredményeznek annak a valószínűsége, hogy a véletlen foton egy izgatott atom indukált sugárzást okoz, pontosan megegyezik a foton abszorpciójának valószínűségét egy atomban a felmondatlan állapot. Ezért szükséges, hogy a gerjesztett atomok a tápközegben nagyobb volt, mint a gerjesztett (az úgynevezett inverziós populációk). A termodinamikai egyensúlyi állapotban ez az állapot nem történik, ezért az aktív lézer közeg különböző szivattyúzó rendszereit használják ( optikai, elektromos, kémiai satöbbi.).

A generáció elsődleges forrása a spontán sugárzás folyamata, ezért biztosítani kell a foton generációk folytonosságát, a pozitív visszajelzés létezése szükséges, mivel a resulzív fotonok okozzák az indukált sugárzást. Ehhez az aktív lézer környezetet optikai rezonátorba helyezzük. A legegyszerűbb esetben két tükröt képvisel, amelyek közül az egyik áttetsző - a lézersugár részben ki van kapcsolva a rezonátoron keresztül. A tükrökből való tükröződés, a sugárzási csomag ismételten átadja a rezonátort, ami indukált átmeneteket okoz. A sugárzás folyamatos és impulzus lehet. Ugyanakkor különböző eszközökkel (forgó prizma, kerra sejtek és mtsai.) A visszajelzések gyors kikapcsolása és beillesztése, valamint az impulzusok időtartamának csökkentése, a nagyon nagy teljesítményű sugárzás (az úgynevezett Óriás impulzusok). Ezt a lézer üzemmódot modulált üzemmódnak nevezik minőség.

A lézer által generált sugárzás monokromatikus (egy vagy diszkrét készlet hullámhosszak) Mivel egy bizonyos hullámhosszú foton-sugárzásának valószínűsége nagyobb, mint a spektrális vonal bővüléséhez, és ennek megfelelően az indukált átmenetek valószínűsége ezen a frekvencián is maximális. Ezért fokozatosan a hullámhossz fotonok létrehozásának folyamatában uralja az összes többi fotont. Ezenkívül a lézersugárban lévő tükrök különleges elhelyezkedésének köszönhetően csak azok a fotonok, amelyek a rezonátor optikai tengelyével párhuzamos irányban vannak elosztva, rövid távolságra vannak, a fennmaradó fotonok gyorsan elhagyják a hangerőt a rezonátor. Így a lézersugár nagyon kicsi eltérési szöggel rendelkezik ] . Végül a lézersugár szigorúan meghatározta a polarizációt. Ehhez különböző polaroidokat vezetnek be a rezonátorba, például sík üveglemezként szolgálhatnak a brutener szögéhez, a lézersugár terjedésének irányába

A fotonok atomok kibocsátásának és felszívódásának kvantumfolyamatát jellemzik. A fotonokat csak izgatott atomok emelik. A sugárzó foton, az atom elveszíti az energiát, és ennek a veszteségnek a nagysága a foton frekvenciájához kapcsolódik (3.12.7). Ha egy atom, bármilyen oknál fogva (például az ütközés miatt egy másikatommal) egy izgatott állapotba kerül, ez az állapot instabil. Ezért az atom visszatér egy olyan állapotba, ahol kevesebb energiával, sugárzó foton. Az ilyen sugárzást hívják spontánvagy spontán. Így a spontán sugárzás külső hatás nélkül fordul elő, és csak az izgatott állapot instabilitásának köszönhető. Különböző atomok spontánul önállóan bocsátanak ki egymástól a másiktól, és olyan fotonokat generálnak, amelyek a legtöbbre vonatkoznak különböző területek. Ezenkívül az atom izgatható lehet különböző államokba, ezért különböző frekvenciák emissziója. Ezért ezek a fotonok inkoherensek.

Ha az atomok a fénymezőben vannak, akkor az utóbbi a legalacsonyabb szinttől a legmagasabb szintektől származik, a foton felszívódása kíséretében, és fordítva a foton kibocsátásával. Az elektromágneses hullám elektromágneses hullámának expozíciója által okozott sugárzás rezonáns frekvenciaMelyik egyenlőséggel történik (3.12.7), hívott indukáltvagy kényszerű. Ellentétben a spontán sugárzás minden cselekményben, két foton vesz részt. Az egyikük egy harmadik féltől származó forrásból és az atomtól érinti, a másikat egy atom eredményeként kibocsátják. Az indukált sugárzás jellemző jellemzője a kibocsátott foton állapotának pontos egybeesése a külső állapotával. Mindkét foton azonos hullámvektorokkal és polarizációval rendelkezik, mindkét foton ugyanazokat a frekvenciákat és fázisokat tartalmazza. Ez azt jelenti, hogy az indukált sugárzás fotonjai mindig koherensek a fotonokkal, amelyek ezt a sugárzást okozzák. A fénymezőben lévő atomok szintén képesek felvenni a fotonokat, aminek következtében az atomok izgatottak. A fotonatomok rezonáns abszorpciója mindig egy indukált eljárás, amely csak a külső sugárzási területen történik. A felszívódás minden egyes cselekedetében egy foton eltűnik, és az atom nagyobb energiával rendelkező állapotba kerül.

Milyen folyamatok fognak érvényesülni, ha a sugárzás, a kibocsátás vagy a fotonok felszívódásának kölcsönhatása a nagyobb vagy alacsonyabb energiával rendelkező atomok számától függ.

Einstein alkalmazta a spontán és kényszeres sugárzás probabilisztikus módszereinek folyamatainak leírását. Termodinamikai megfontolások, kiderült, hogy a valószínűsége kényszerített átmenetek kíséri sugárzás legyen egyenlő a valószínűsége a kényszerű átmenet kíséri elnyelt fény. Így a kényszeres átmenetek valószínűleg mindkettőben és egy másik irányban fordulhatnak elő.

Most sok azonos atomot veszünk fel egy könnyű mezőben, amelyet feltételezünk, izotróp és szennyezett. (Ekkor az a kérdés, hogyan függ a koefficiensek adjuk alább a polarizáció irányát és sugárzás eltűnt.) Legyen mind a számok az atomok államok energiák, és ezek az államok is be lehet venni, amit a több megengedhető állapotokra, de . És hívja a hívást az energiaszintű lakosság. Az állami átmenetek száma az államtól az időállomásig spontán sugárzás Ez arányos lesz az atomok számának számával:

. (3.16.1)

Az általa indukált kibocsátásban szereplő államok közötti atom átmenetek száma szintén arányban lesz a népesség p -wow, de még mindig spektrális sűrűség a sugárzási energia, amely területén atomok:

Átmenetek száma t -kI p -a sugárzással való kölcsönhatás miatt

. (3.16.3)

Az értékeket einstein-együtthatóknak nevezik.

Az anyag és a sugárzás közötti egyensúly azért érhető el, hogy az államtól való áttérést engedélyező atomok száma pegy államban t.ez megegyezik az ellenkező irányba történő átmenetet végrehajtó atomok számával:

Amint azt már említettük, az erőszakos átmenetek valószínűsége egy és más irányban ugyanaz. Ebből kifolyólag .

Ezután (3.16.4) megtalálhatja a sugárzási energiatűrűségét

. (3.16.5)

Az atomok egyensúlyi eloszlását a különböző energiával rendelkező államok szerint a Boltzmann törvény határozza meg

Majd (3.16.5) kapunk

, (3.16.6)

Amely jól illeszkedik a tervezési formulával (3.10.23). Ez a megállapodás következtetést eredményez az indukált sugárzás fennállásáról.

Lézerek.

A 50-es évek a huszadik század, eszközök jöttek létre, amikor áthalad, amely elektromágneses hullámok következtében erősödött a kényszerű sugárzás. Először a centiméterhullámok tartományában működő generátorok jöttek létre, és az optikai tartományban működő hasonló eszközt kissé később hozták létre. Az angol név első betűinek megfelelően nevezték el, a sugárzás stimulált sugárzásának (erősítés fényének erősítése) lézer.A lézereket is hívják optikai kvantumgenerátorok.

Annak érdekében, hogy az intenzitás a anyag, a sugárzás intenzitása növekszik, az szükséges, hogy minden pár atomi állapotok, az átmenetek között, amely történhet az emissziós és abszorpciós fotonok, a nagyobb energiával rendelkező állam státusza az állam lakossága kevésbé energiával rendelkezik. Ez azt jelenti, hogy a termikus egyensúly meg kell törni. Azt mondják, hogy olyan anyag, amelyben az atomok állapota több nagy energia nagyobb, mint egy kevésbé energiával rendelkező állapot a népesség inverziója.

A két atomállapot populációjának inverziójával áthaladva a sugárzás olyan fotonokkal gazdagodik, amelyek az atomi állapotok között átmeneteket okoznak. Ennek eredményeképpen a sugárzás koherens növekedése bizonyos gyakorisággal előfordul, ha a fotonok által kiváltott fotonok kibocsátása az abszorpción keresztül érvényesül, amikor az Atom átmenetek az inversion inverzióval rendelkező állapotok között. Az inverziós anyagot aktív közegnek hívják.

A lakosság inverziójának megteremtése érdekében energiát kell költeniük, az egyensúlyi eloszlást visszaállító folyamatok leküzdésére. Az anyagra gyakorolt \u200b\u200bhatás szivattyúzott. A szivattyúzás az energia mindig származik külső forrás aktív közegbe.

Vannak különböző szivattyúzási módszerek. A lakossági szintek lézerekben történő inverziójának megteremtése érdekében a három szintű módszert leggyakrabban használják. Tekintsük ennek a módszernek a lényegét egy rubin lézer példáján.

Ruby egy alumínium-oxid, amelyben az alumínium atomok közül néhány krómatommal szubsztituálva van. A króm (ionok) energia spektruma három szintet tartalmaz (3.16.1 ábra) energiával, és. A felső szint valójában egy megfelelően széles sáv, amelyet egy szorosan elhelyezkedő szintek készítenek.

R

A háromszintű rendszer fő jellemzője, hogy a 3. szintet a 3. \\ t metasztható szint. Ez azt jelenti, hogy az ilyen rendszerben való átmenet tilos a törvény kvantummechanika. Ez a tilalom az ilyen átmenet számára a kvantumszámok kiválasztásának szabályainak megsértésével jár. A kiválasztási szabályok nem az átmenet abszolút tilalmának szabályai. Azonban megsértése kvantum átmenet jelentősen csökkenti annak valószínűségét. Egyszer ilyen metasztabil állapotban az atom késik benne. Ugyanakkor az atom élettartama a metasztabil állapotban () több százezer-szer nagyobb, mint az atom élettartama a szokásos izgatott állapotban (). Ez lehetővé teszi, hogy képes felhalmozni izgatott atomok energiával. Ezért az 1. és 2. szint inverz populációja létrejön.

A folyamat ezért a következő. A zöld fénylámpák hatása alatt - a króm ionok villogása az izgatott főállapotból mozog. A fordított átmenet két szakaszban történik. Az első szakaszban az izgatott ionok egy kristályrácsmal rendelkeznek, és átkapcsolnak egy metasztabil állapotba. E feltétel inverz populációja létrejön. Ha most Ruby-ban van, amelyet egy ilyen állapotban adnak, akkor egy foton 694,3 nm hullámhosszon jelenik meg (például egy spontán átmenet következtében az O szintről), az indukált sugárzás a reprodukcióhoz vezet fotonok, pontosan másolása kezdeti (koherens). Ez a folyamat lavina-szerű karakter, és nagyon vezet nagy szám Csak azok a fotonok, amelyek alacsony sarkok alatt vannak a lézer tengelyére. Az ilyen fotonok, ismételten visszaverődik a tükör az optikai rezonátor a lézer, át benne a nagy utat, és ezért találtak igen sokszor izgatott krómionok okozva azok által indukált átmenetek. A fotonok áramlását elosztják keskeny sugár,

A rubin lézerek impulzus üzemmódban működnek. 1961-ben az első gáz lézer. A hélium és a neon keverékén, folyamatos üzemmódban dolgozik. Ezután a félvezető lézerek jöttek létre. Jelenleg a lézeranyagok listája sok tucatnyi szilárd és gáznemű anyaggal rendelkezik.

A lézersugárzás tulajdonságai.

A lézersugárzás olyan tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek nem a szokásos (nem lézer) források sugárzásában vannak.

1. A lézersugár nagyfokú monokromatikussággal rendelkezik. Az ilyen sugárzás hullámhossz intervalluma ~ 0,01Н.

2. A lézersugárzást magas ideiglenes és térbeli koherencia jellemzi. Az ilyen sugárzás koherencia ideje eléri a másodperceket (koherencia hossza m), amely a szokásos forrás koherenciájának koherencia ideje alatt van. A lézer kimenetének térbeli koherenciája a gerenda keresztmetszete során megmarad. A lézer segítségével megvilágíthatjuk a fényt, amelynek koherencia térfogata nagyobb, mint a legtöbb monokromatikus nulla forrásból származó, azonos intenzitású fényhullámok koherenciája. Ezért a lézerek sugárzását holografikusban használják, ahol nagyfokú koherenciával rendelkező sugárzás szükséges.

3. A lézersugárzásnak nagy orientációja van. Lézeres fénysugarakat kaptunk, amelynek divergencia szöge csak 10 ÷ 20. A legtökéletesebb spotlámpák 1 ÷ 2 szöggel rendelkeznek.

4. A gerenda szűkültsége miatt a lézerek lehetővé teszik, hogy olyan sugárzást hozzon létre, amelynek intenzitása eléri a hatalmas értékeket. Tehát a lézer folyamatosan bocsáthat ki a 100W kimeneti ablak minden négyzetcentiméteréből. Ugyanígy a fűtött test kibocsátott, a hőmérsékletnek fokozatnak kell lennie. Ezért a lézer sugárzása a leginkább refraktáló anyagok mechanikus feldolgozásához és hegesztéséhez használható kémiai reakciók stb.