Испускание вынужденное

Фабри —Перо 139, 797 Испускание вынужденное 734, 855 [c.922]

Вынужденное испускание света. Еще в 1916 г. Эйнштейн предложил, что, кроме спонтанного испускания света, существует испускание вынужденное. Это позволило ему по-новому объяснить закономерности теплового испускания. Идея Эйнштейна очень проста. Если, доказывал он, под действием света атом, находящийся в состоянии /, может перейти в состояние I (см. рис. 4), то столь же вероятен обратный процесс если атом находится в состоянии 1, то под действием света он может перейти в состояние /. В первом случае квант света исчезает (поглощается), а система возбуждается (переход /—>-0, во втором — возникает новый световой квант и происходит дезактивация возбужденного состояния (переход I—>-/). Вынужденное испускание света может происходить при переходах между любой парой уровней данной системы. Оно изображено на рис. 4 тонкой стрелкой. [c.10]

Спонтанное и вынужденное испускание, поглощение. Если данный атом в произвольный момент времени t находился в возбужденном энергетическом состоянии Е , то через интервал времени dt этот атом может либо остаться в том же состоянии, либо самопроизвольно (спонтанно) перейти в нижнее основное состояние с энергией El (рис. 15.1). При этом возникает фотон с энергией hv — = 2 — 1- Испускание подобного рода — испускание света атомами при их самопроизвольном переходе с возбужденных уровней на более низкие энергетические уровни — называется спонтанным испусканием (излучением). Поскольку спонтанный переход происходит независимо от действия внеш- [c.339]

Явление отрицательной дисперсии тесно связано с излучением света (точнее, с явлением вынужденного испускания, см. 222 и 223) и было детально исследовано в связи с изучением свойств лазеров, в которых оно играет важную роль. [c.562]

Кроме спонтанного испускания и поглощения, Эйнштейн ввел представление еще об одном радиационном процессе, — индуцированном (или вынужденном, или стимулированном) испускании. Индуцированное испускание, в отличие от спонтанного, состоит в испускании фотона под действием внешнего электромагнитного поля атом, находящийся в энергетически более высоком состоянии ( т). переходит в состояние с меньшей энергией ( ), и излучается фотон с частотой Ытп = Вт — Еп)/Н. Энергия, излучаемая в результате вынужденных переходов, и их число в единице объема за единицу времени записываются аналогично (211.5) и (211.6) [c.734]

Величина Втп называется коэффициентом Эйнштейна для вынужденного (индуцированного) испускания. Если поле отсутствует и (( >тп)— 0), то вынужденные переходы не происходят. Таким образом, внешнее поле вызывает переходы, сопровождающиеся как поглощением, так и испусканием фотонов. [c.735]

Существование вынужденных переходов и вынужденного испускания непосредственно следует из целого ряда опытных фактов и теоретических соображений. Эйнштейн показал, что постулаты Бора не противоречат твердо установленным законам теплового излучения, только если принять в расчет вынужденные переходы. Приведем вывод формулы Планка по Эйнштейну. [c.735]

Если в ходе выкладок не принять во внимание вынужденное испускание, то, как легко проверить, мы придем к формуле вида (211.14), но без единицы в знаменателе. Следовательно, теория Эйнштейна не противоречит законам теплового излучения, только если допустить существование вынужденного испускания. Если же принять постулат о вынужденном испускании, то можно [c.736]

Если средняя частота линии значительно превосходит ее ширину, то в пределах последней множитель со можно считать практически постоянным. В этом случае, следовательно, линии поглощения, вынужденного и спонтанного испускания имеют подобные контуры. [c.738]

Волны, испущенные в результате вынужденных переходов, обладают, как показал Эйнштейн, следующей важной особенностью их частота, фаза, направление распространения и состояние поляризации такие же, как у излучения, вызвавшего переходы. Другими словами, индуцированно испущенные фотоны неотличимы от фотонов, падающих на атомы, и роль индуцированного испускания сводится только к увеличению амплитуды поля. [c.739]

Указанное свойство вынужденного испускания существенно для понимания связи между коэффициентом поглощения и введенными выше вероятностями поглощения и испускания. Исследование абсорбции света в каком-либо веществе состоит в сравнении интенсивности света, прошедшего вещество, с интенсивностью падающего на него излучения. Если в веществе находятся возбужденные атомы, то кроме переходов, связанных с поглощением фотонов, будут происходить и вынужденные переходы. Как было сказано, вынужденно испущенные фотоны неотличимы от фотонов падающего света, т. е. вынужденные переходы частично компенсируют убыль фотонов в прошедшем пучке, обусловленную поглощательными переходами. [c.739]

До сих пор речь шла об энергетической стороне вопроса. Как подчеркивалось в 211, электромагнитные волны, возникающие в результате вынужденных переходов, когерентны с волной, вызывающей эти переходы. В частности, если поле, взаимодействующее с атомами, представляет собой плоскую монохроматическую волну, то и вынужденно испущенные фотоны образуют также плоскую монохроматическую волну с той же частотой, поляризацией, фазой и с тем же направлением распространения. В результате вынужденного испускания (равно как и поглощения) изменяется только амплитуда падающей волны. [c.775]

Сказанное можно рассматривать как иную форму утверждения, что вынужденное испускание усиливает, а поглощение ослаб- [c.775]

При анализе эффекта насыщения подразумевалась инверсная заселенность уровней, т. е. N t > Если Nm <С Л/л, ТО соотношения (224.2) — (224.4) остаются в силе, но число переходов с поглощением превышает число переходов с вынужденным испусканием, и в итоге среда не отдает энергию в поле, а получает ее из поля. [c.778]

Из приведенного выше описания принципа работы лазеров видно, что оптические квантовые генераторы основаны на трех фундаментальных идеях, родившихся в различных областях физики. Первая идея сформулирована Эйнштейном, который постулировал возможность процесса вынужденного испускания в рам- [c.783]

В 157, 224 мы познакомились с причиной первого типа — с изменением разности заселенностей уровней, обусловленным поглощением, вынужденным испусканием и конечной продолжительностью возбужденных состояний. Если изменения заселенностей сравнительно невелики, то из соотношения (224.3) видно, что [c.833]

Как -и в последнем случае, ВКР удобно характеризовать коэффициентом усиления as рассеянного света на единице длины. Рассуждая по аналогии со случаем вынужденного испускания, коэффициент усиления можно выразить через спектральную плотность спонтанного комбинационного рассеяния света. Несложные вычисления приводят к следующему выражению (см. упражнение 260) [c.855]

Таким образом, в результате вынужденного испускания фотонов / (uj интенсивность рассеянного излучения может возрасти на много порядков величины, что объясняет аномально большую интенсивность рассеянного света. [c.855]

Определить заселенности У , уровней т, п атома, принимая во внимание вынужденное испускание и поглощение, обусловленные взаимодействием с монохроматическим полем, частота которого соответствует переходу т- п. Вычислить также поглощенную (излученную) мощность и коэффициент поглощения (усиления). [c.907]

Рассматривая испускание и поглощение энергии атомами, Эйнштейн выделил три процесса спонтанное испускание, поглощение и вынужденное испускание. Все рассмотрение строится статистически, т. е. с использованием понятия вероятности. [c.142]

ВОЙ области переходы с вынужденным испусканием играют малую роль, а все испускание происходит главным образом за счет спонтанных переходов. В длинноволновой же области, наоборот, основную роль играют вынужденные переходы, а роль спонтанных переходов ничтожно мала. [c.146]

Спонтанная люминесценция (рис. 34.1,6) отличается от резонансной флуоресценции тем, что после поглощения фотона молекула очень быстро (за время около с) безызлучательно переходит на уровень 3, с которого происходит излучение. Этот вид люминесценции характерен для сложных молекул в парах и растворах. Вынужденная люминесценция (рис. 34.1, в) характеризуется тем, что после поглощения кванта света молекула обычно безызлучательно попадает в состояние 4, которое имеет большее время жизни, чем время жизни возбужденного состояния 3. В результате внешнего воздействия она может попасть в состояние 3 и затем перейти в основное состояние 1 с испусканием фотона частоты vзl. В частности, если безызлучательный переход с уровня 4 на уровень 3 произошел за счет теплового движения молекул, то такая флуоресценция называется замедленной. [c.248]

В основе работы оптического квантового генератора лежат следующие процессы взаимодействия электромагнитной волны с веществом спонтанное и вынужденное испускание и поглощение. [c.267]

Спонтанное и вынужденное испускание [c.267]

По своим свойствам вынужденное испускание существенно отличается от спонтанного. Наиболее характерная черта вынужденного испускания заключается в том, что возникающий поток распространяется в том же направлении, что и первоначальный возбуждающий поток. Вместе с тем частоты и поляризация вынужденного и первичного потоков строго одинаковы. Вынужденный поток когерентен исходному возбуждающему потоку. Явления поглощения и вынужденного испускания всегда сосуществуют, составляя две неразрывные стороны одного и того же процесса взаимодействия света и вещества. Часть светового потока, распространяющегося в каком-то направлении, при взаимодействии с веществом поглощается, одновременно с этим некоторая доля поглощенной энергии компенсируется энергией вынужденного испускания. [c.271]

В экспериментальных условиях нельзя измерить отдельно мощность поглощения или мощность вынужденного испускания. На опыте определяется только их разность [c.271]

Sil), в результате чего атом переходит из осиоппого (нижнего) энергетического состояния п в возбужденное (верхнее) состояние т. Во-вторых, процесс вынужденного испускания фотона с энергией Лю, в результате чего происходит вынужденный переход В-третьих, процесс спонтанной релаксации возбужденного атома, в котором также испускается фотон с энергией Ь(л. Волновые векторы поглощаемого к+ и вынужденного испускаемого к фотонов параллельны и направлены в одну сторону волновой вектор спонтанно испускаемого фотона k случайным образол ориентирован относительно векторов к,, н к . Число актов испускания (вынужденного + спонтанного) за время i > Tm, где — время жизни ато. а в возбужденном состоянии, равно числу актов поглощения [c.100]

Таким образом, при больших значениях квантовых чисел мы оказываемся в области Рэлея — Джинса, где плотность излучения пропорциональна 7 в соответствии с классической электромагнитной теорией. Излучение в этой области, однако, почти полностью связано с вынужденным испусканием. Таким образом, вынужденное излучение ведет себя как классический процесс и может быть вычислено в соответствии с классической механикой. Именно поэтому излучательная способность металлов в дальней инфракрасной области весьма близко подчиняется простым соотношениям Друде — Зенера. По этой же причине в электронной технике так успешно используются уравнения Максвелла. [c.322]

В 1916 г. А. Эйнштейн предсказал, что персмоды электрона в атоме с верхнего апергетического уровня на нижний С испусканием излучения могут происходить под влиянием внешнего электромагнитного поля. Такое излучение называют вынужденным или индуцированным. [c.314]

Перейдем к вопросу о контуре линии поглощения. Для его измерения нужно осветить поглощающий газ монохроматическим светом, либо, что физически эквивалентно, провести спектральное разложение света, прошедшего через газ, и проследить за отдельными монохроматическими составляющими. Аналогичным образом исследуется и контур линии вынужденного испускания. В соответствии с этим рассматривают мощность, поглощаемую и инду-цированно испускаемую в единице объема и в интервале частот с(со при переходах п - т тл т п соответственно [c.738]

Из условия пространственной синфазности (222.4) видно, что фазы ф/ волн SJ должны изменяться в зависимости от положения излучающегося атома по такому же закону, по которому изменяется фаза в световой волне. Это означает, что агентом, фазирующим излучение атомов, должна быть световая же волна. Вместе с тем, в гл. XXXIII указывалось, что для микроскопического описания спектральных свойств теплового излучения А. Эйнштейн ввел представление о вынужденном испускании. Одно из основных свойств вынужденного испускания состоит в том, что волны, излучаемые атомом в этом процессе, имеет такую же частоту и такую же фазу, что и действующая на атом волна. Благодаря указанному свойству, как будет показано в 223, фазнровка излучения удаленных атомов может обеспечиваться вынужденным испусканием. [c.774]

Следует помнить, что помимо когерентного испускания, обсуждавшегося выше и связанного с вынужденными переходами, атомы среды совершают и спонтанные переходы, в результате которых испускаются волны, некогерентные между собой, равно как и с внешним полем. Таким образом, излучение активной среды всегда представляет собой смесь когерентной и некогерентной частей, соотношение между которыми зависит, в частности, от интенсивности внешнего поля. Последнее вполне ясно, так как атомы, принявшие участие в процессе вынужденного испускания, лишились энергии возбуждения, и, следовательно, не могут излучать спонтанно. Более детальный анализ показывает, что под влиянием вынужденных переходов изменяется не только полная интенсивность цекогерентного спонтанного излучения, но и его спектральный состав. [c.776]

В рамках квантовых представлений параметрическое усиление есть стимулированный аналог параметрической люминесценции — присутствие волн 1, 2 увеличивает вероятность распада фотона йсод в тем большей степени, чем больше интенсивность этих волн. Другими словами, параметрическое усиление и параметрическая люминесценция находятся в такой же связи, как вынужденное и спонтанное испускание фотона возбужденными квантовыми системами. Следует подчеркнуть, что существованйе спонтанного аналога у вынужденного радиационного процесса отнюдь не специфично для рассмотренных выше процессов, но представляет собой общий тезис квантовой теории излучения. [c.852]

Стимулированный аналог спонтанного комбинационного рассеяния, называемый вынужденным комбинационным рассеянием (или, сокращенно, ВКР), также заключается в исчезновении фотона Лео и испускании фотона ЙЫ5, но вероятность этого процесса пропорциональна плотности потока и возбуждающего (/) и рассеянного излучения. Благодаря этому процессу, рассеянное излучение с частотой 0)5 усиливается в рассеивающей среде по экспоненциальному закону, подобно усилению света в среде с инверсной заселенностью уровней в результате эйнщтейновского вынужденного испускания (см. 223). [c.855]

Кроме спонтанного испускания и поглощения Эйнштейн ввел представление о вынужденном (индуцированном или стимулированном) испускании. Под действием внешнего электромагнитного поля атомы, находящиеся в возбужденном состоянии (например, на уровне 2), могут согласно Эйнштейну либо поглощать энергию, переходя на более высокий уровень, либо, наоборот, отдавать энергию к = Ё2— ь возвращаясь на более низкий уровень энергии. Такие переходы являются вынужденными и обусловливают вынужденное испускание. Вероятность этих переходов в единицу времени есть 2lWv Величина Б21 называется коэффициентом Эйнштейна для вынужденного испускания. Если внешнее поле отсутствует (и = 0), то вынужденные переходы не происходят. Таким образом, внешнее электромагнитное поле вызывает переходы, сопровождающиеся как поглощением, так и испусканием энергии. Следует отметить, что существование вынужденного испускания не противоречит и классической теории. Согласно законам электродинамики электромагнитная волна, падающая на колеблющийся диполь, в зависимости от соотношения фаз их колебаний может усиливать или тормозить колебания диполя. Иными словами, излучение, падающее на атом, может заставлять последний не только поглощать, но и испускать соответствующие кванты энергии. [c.143]

Вынужденное испускание. Гипотеза Эйнштейна относительно вынужденного испускания состоит в том, что под действием электромагнитного поля частоты V молекула может, во-первых, перейти с более низкого энергетического уровня Е1 на более высокий 2 с поглощением кванта энергии кх = Е2— 1 (рис. 35.1,6) и, во-вторых, перейти с более высокого уровня 2 на более низкий 1 с испусканием кванта энергии Ау = 2— ( (рис. 35.1, в). Первый процесс принято называть поглощением, второй — вынужденным (индуцированным или стимулированным) испусканием. Скорость каждого из этих процессов пропорциональна соответствующим вероятностям 12 и 21 , где 12 и 21 — коэффициенты Эйнштейна для поглощения и вынужденного испускания и — спектральная плотность излучения. Согласно принципу детального равновесия при термодинамическом равновесии число квантов света йп, поглощенных за время (11 при переходах / —>- 2, должно равняться числу квантов с1п2, испущенных в процессе обратных переходов 2- 1. Число поглощенных квантов согласно Эйнштейну пропорционально спектральной плотности радиации и и числу частиц П на нижнем уровне [c.269]

Следует отметить, что еще в 20-х гг. Вавилов искал экспериментальную зависимость коэффициента поглощения от интенсивности падающего светового потока. Однако в то время такую зависимость обнаружить не удалось, хотя интенсивность потока изменялась в опытах в 10 раз. Для обнаружения эффекта насыщения в двухуровневых системах нужны еще более мощные (лазерные) потоки. Из формул (35.17) — (35.19) следует, что нелинейность проявляется, если (при малых 12 и 21) u>A2l 2B2l = 4nhv . В этом случае вероятность вынужденного испускания превосходит вероятность спонтанного испускания. [c.274]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...