Компоненты волоконно-оптических систем. Белкин М.Е. - 39 стр.

                              39

     Из вышеприведенных рассуждений можно сделать вывод,
что свет имеет дуальную природу: волновую и квантовую, то
есть его можно охарактеризовать и как волну, и как частицу.
     Обычное состояние атомной системы вещества, когда число
частиц на верхнем уровне меньше, чем на нижнем, характеризу-
ется распределением Больцмана [19]:
                 n2        ∆E            hc 
                    = exp  −      = exp −               (22)
                 n1           k
                           Б  T           λ k Б T 
где n1 и n2 – концентрация частиц соответственно на нижнем и
верхнем уровнях (также принято говорить – о населенности
уровней); ∆Е – разность уровней Е2 и Е1; kБ – постоянная Больц-
мана; Т – абсолютная температура, с – скорость света, λ - длина
волны. Такое состояние системы носит название равновесного,
иначе говорят, что система находится в тепловом равновесии.
Если в выражении (22) формально допустить Т< 0, то знак в по-
казателе степени изменится на противоположный. Это будет
справедливо лишь для случая, когда n2 > n1, т.е. населенность
верхнего уровня будет выше, чем нижнего. Данный эффект назы-
вается инверсией населенности. Вследствие того, что инверсия
была формально получена за счет изменения знака температуры,
это состояние системы называют состоянием с отрицательной
температурой. Квантовая система, находящаяся в таком состоя-
нии может стать источником энергии, т. е. оптическим генерато-
ром.
     Доказано, что, если система обладает инверсной населенно-
стью, имеется определенная вероятность того, что через некото-
рый промежуток времени она перейдет в равновесное состояние с
испусканием энергии. Эта вероятность имеет две составляющие:
постоянную и переменную. Первая составляющая зависит от
свойств самой системы и перехода, вторая - от плотности энер-
гии внешнего поля, действующего на систему на частоте перехо-
да. То есть наличие внешнего поля на частоте перехода повышает
вероятность излучения системы с инверсной населенностью.
     При отсутствии внешнего поля процесс перехода, сопро-
вождаемый испусканием фотона, дает так называемое спонтанное