Элементы квантовой, атомной и ядерной физики. Полицинский Е.В. - 69 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТПУ | Томск

Составители: 

Рубрика: 

69
Вынужденное излучение резко отличается от спонтанного излу-
чения. В результате взаимодействия возбужденного атома с фотоном
атом испускает ещё один фотон той же самой частоты, распространяю-
щийся в том же направлении. Это означает, что атом излучает электро-
магнитную волну, у которой частота, фаза, поляризация и направление
распространения точно такие же, как и у первоначальной волны. В ре-
зультате вынужденного испускания фотонов амплитуда волны, распро-
страняющейся в среде, возрастает. С точки зрения квантовой теории, в
результате взаимодействия возбужденного атома с фотоном, частота ко-
торого равна частоте перехода, появляются два совершенно одинаковых
фотона-близнеца.
Именно индуцированное излучение является физической основой
работы лазеров.
На рис. 38 схематически представлены возможные механизмы пе-
реходов между двумя энергетическими состояниями атома с поглоще-
нием или испусканием кванта.
Рис. 38. Условное изображение процессов (a) поглощения,
(b) спонтанного испускания и (c) индуцированного испускания кванта
Рассмотрим слой прозрачного вещества, атомы которого могут
находиться в состояниях с энергиями E
1
и E
2
> E
1
. Пусть в этом слое
распространяется излучение резонансной частоты перехода ν = ∆E / h.
Согласно распределению Больцмана, при термодинамическом равнове-
сии большее количество атомов вещества будет находиться в нижнем
энергетическом состоянии. Некоторая часть атомов будет находиться и
в верхнем энергетическом состоянии, получая необходимую энергию
при столкновениях с другими атомами. Обозначим населенности ниж-
него и верхнего уровней соответственно через n
1
и n
2
< n
1
. При распро-
странении резонансного излучения в такой среде будут происходить все
три процесса, изображенные на рис. 38. Эйнштейн показал, что процесс
(a) поглощения фотона невозбужденным атомом и процесс (c) индуци-
рованного испускания кванта возбужденным атомом имеют одинаковые
вероятности. Так как n
2
< n
1
поглощение фотонов будет происходить
чаще, чем индуцированное испускание. В результате прошедшее через

Страницы