Переходы вынужденные

Фотоны — бозоны, т. е. подчиняются статистике Бозе— Эйнштейна. В одном состоянии их может находиться сколько угодно и более того если в каком-то состоянии уже имеются фотоны, то вероятность другим фотонам перейти в такое же состояние увеличивается. Этот принцип вынужденных (индуцированных) переходов (вынужденного излучения) является противоположностью принципу запрета Паули для фермионов. [c.11]

Полупроводниковые лазеры на р — -переходе. Вынужденное излучение можно получить иа кристалле полупроводника за счет рекомбинации электронов и дырок в области р — л-иере-хода (рис. 18.18). Накачка, т. е. создание инверсии населенностей, осуществляется путем приложения к р — л-переходу электрического напряжения. Электромагнитным резонатором является внутренняя часть кристалла полупроводника, поскольку отражательная способность границы кристалл — воздух весьма высока. Две грани кристалла, перпендикулярные к плоскости р — м-перехода, обычно полируют или тщательно очищают. Необходимо, чтобы грани были плоскопараллельными испускаемое излучение распространяется вдоль плоскости р—л-перехода. [c.646]

В настоящем курсе мы исходим из уверенности, что читатель (он же слушатель, студент и т.п.) уже достаточно хорошо знаком с основными положениями квантовой электроники (краткий перечень основных учебных пособий по квантовой электронике приведен в списке литературы в конце книги [1-12]), так что нет нужды подробно и строго определять такие понятия, как вынужденное излучение , квантовый уровень (состояние), населенность квантового уровня (состояния) , квантовый переход (вынужденный и спонтанный), релаксация населенности (поляризации) возбужденных состояний и т.п. Наша цель в этой главе состоит в том, чтобы количественно описать процесс лазерной генерации в различных режимах и постараться найти и обосновать способы получения наиболее мощного лазерного излучения и прежде всего импульсов генерации максимально большой энергии и минимально короткой длительности (разумеется, речь идет о максимальной пиковой мощности, развиваемой лазером в момент генерации светового импульса). [c.9]

Вынужденное излучение происходит при столкновении кванта с электроном, находящимся на верхнем энергетическом уровне и отдающим квант энергии при переходе на нижний уровень. Усиление света получается за счет того, что первый квант, т. е. квант-возбудитель, после столкновения с атомом не исчезает, а сохраняется и дальше летит вместе с вновь рожденным квантом. Затем каждый из этих двух квантов сталкивается с одним атомом, а потом с восьмью, шестнадцатью и т. д., пока не кончится их путь в активном веществе. Так что чем длиннее будет этот путь, тем более мощную лавину квантов, т. е. более мощный луч света, вызывает первый квант. А так как первоначальный импульс света заключает в себе не 1 квант, а множество, то и лавина квантов становится мощной. Поэтому в твердотельных лазерах активное вещество используется в виде узких длинных призм, цилиндров, т. е. в виде стержней, длина которых примерно в 10 раз больше толщины. [c.294]

Наряду с вынужденным излучением света атомами, находящимися на верхнем уровне е , происходит резонансное поглощение энергии атомами, находящимися на нижнем уровне е . При этом атом поглощает световой квант и переходит на уровень е , что препятствует генерации света. Для генерации когерентного света необходимо, чтобы число атомов на верхнем уровне Ей было больше числа атомов на нижнем уровне e , между которыми происходит переход. В естественных условиях на более высоком уровне при любой температуре всегда меньше частиц, чем на более низком. Для возбуждения когерентного излучения надо принять специальные меры, чтобы из двух выбранных уровней верхний был заселен больше, чем нижний. Такое состояние вещества в физике называется активным или состоянием [c.119]

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]

Этот процесс называется поглощением. В отличие от спонтанного излучения вероятность вынужденного перехода с основного состояния в возбужденное будет пропорциональна плотности излучения, вызвавшего этот переход. [c.339]

Опыты показывают, что электромагнитное излучение, вызванное вынужденным переходом, в полном смысле слова тождественно вызвавшему этот переход излучению, т. е. в обоих случаях частота, направление распространения, поляризация одинаковы. Следовательно, вынужденное и вынуждающее излучения взаимно когерентны. [c.340]

Атомы, находящиеся в возбужденном состоянии Е , подвергаясь действию внешнего излучения с энергией hv = Еп — Е , вынужденным образом переходят в основное состояние, излучая при этом квант с энергией hv = Е — Ei. Вероятность этого процесса будет пропорциональной коэффициенту Эйнштейна В.ц. [c.380]

Поскольку в пределах контура линии разной частоты будут поглощаться по-разному, то коэффициенты Эйнштейна спонтанного перехода со второго уровня па первый в интервале частот dv запишем как a i (v) dv. Аналогично, вероятности соответствующих вынужденных переходов запишем как (v) w (v) dv и bj2 (v) w (v) dv. [c.381]

Действительно, согласно распределению Больцмана, при термодинамическом равновесии всегда < п , и так как = В ъ то числа переходов в единицу времени из состояния Ei в состояние Ео и наоборот будут одинаковыми. Следовательно, изменение числа атомов в основном и возбужденном состояниях благодаря вынужденным переходам не произойдет, т. е. каким было отношение njn , таким оно останется при взаимодействии света с атомом, если, конечно, имеем дело, как об этом говорили, двумя энергетическими уровнями атома — основным Е и возбужденным Е . Таким образом, чтобы получить инверсную населенность, нужно использовать три энергетических уровня активной среды или более. [c.382]

Если обобщенные координаты не являются главными, то вынужденные колебания согласно формулам перехода (72) будут линейной комбинацией (93). [c.444]

Однако, как впервые указал Эйнштейн, необходимо учесть и обратный процесс — вынужденные переходы с т-го на н-й уровень. Действительно, атомы, находящиеся на т-м уровне (их число, как уже было указано, равно под действием [c.428]

Заметим, что такие вынужденные переходы при выполнении некоторых дополнительных условий приводят к когерентному [c.428]

Итак, вместо двух процессов (излучение и поглощение света), которые обычно учитывают в термодинамике излучения, нужно исследовать три возможных вида переходов, введя вынужденное излучение (рис. 8.11). [c.428]

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]

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]

В соответствии с качественными соображениями о роли вынужденных переходов возбужденные атомы уменьшают величину коэффициента поглощения. С некоторыми экспериментальными проявлениями этого обстоятельства мы уже встречались ранее при обсуждении отрицательной дисперсии (см. 156) и опытов Вавилова, посвященных зависимости коэффициента поглощения от интенсивности света (см. 157). [c.740]

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]

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]

Первые эксперименты по получению вынужденного комбинационного рассеяния при возбуждении пикосекундными импульсами были выполнены Шапиро и сотр. [8.9], а также Бретом и Вебером [8.10]. Они использовали вторую гармонику излучения лазера на стекле с неодимом в режиме синхронизации мод. Излучение направлялось и фокусировалось в различных жидкостях, таких, как бензол, толуол, сероуглерод и нитробензол, а также жидких смесях. При этом в [8.10] было установлено, что коэффициент преобразования сильно уменьшается в том случае, когда ширина спектра лазерного импульса превышает ширину линии колебательного перехода вынужденного комбинационного рассеяния, что соответствует выполнению условий нестационарного режима. Укорочение стоксова импульса по сравнению с лазерным наблюдалось в более поздних работах несколькими авторами [8.32—8.36]. Вблизи порога на- [c.298]

В очень быстроходных машинах (например, центрифугах, турбинах) применяются валы с пониженной жесткостью, называемые гибкими, которые работают в закритической зоие (и Пкр). Разгон их до нормальной скорости должен происходить достаточно быстро, чтобы при переходе опасной зоны (вблизи п = пкр) не успели развиться опасные колебания, сопровождаемые ростом амплитуды и приводящие машину к разносу . В этих случаях при работе вала в закритической зоне между первой и второй критическими скоростями для предотвращения опасности резонанса необходимо, чтобы частота вынужденных и собственных колебапий значительно отличались одна от другой [c.287]

За расчетную схему примем наиболее общий случай течения в вихревой трубе с дополнительным потоком (рис. 4.7). В этом случае режим работы обычной разделительной вихревой трубы представляет собой предельный при О- Используем понятие элементарного объема вращающегося газа dQ. = V nrdr. Условие осевой симметрии обеспечивает отсутствие фадиентов в направлении угловой координаты ф. В сформированном потоке вихревой трубы радиальные скорости пренебрежимо малы. В процессе построения аналитической расчетной цепочки можно использовать принцип суперпозиции, т. е. независимость законов движения по нормальным друг к другу осям координат. Процесс энергообмена в сопловом сечении считаем заверщенным. Определим предельно возможные по разделению энергетические уровни потенциального и вынужденного вихрей. Длина пути перемешивания и фадиент давления определяют предельный эффект подофева приосевого турбулентного моля при его переходе на более высокую радиальную позицию. При этом делается допущение о переходе в сечении, перпендикулярном оси. Осевой снос моля не учитывают. Вязкость и теплопроводность проявляют себя, если присутствуют фадиенты скорости и температуры. Поэтому при формировании свободного вихря вязкость будем учитывать, анализируя процесс затухания окружного момента [c.191]

С помощью специальных усовершенствований можно увеличить мощность лазеров. С этой целью помещая между одним из зеркал резонатора и торцом кристалла многогранную призму, вращающуюся с большой скоростью (порядка 40 ООО об/мин), увеличиваем в течение определенных промежутков времени потери в резонаторе. Такое искусственное завышение потерь приводит к накоплению большого числа атомов в метастабпльном состоянии. Затем в некоторые моменты времени потери резко уменьшаются и происходят массовые вынужденные переходы, что приводит к увеличению мощности излучения в 1000 раз и более. При этом мощность лазера, работающего на таком режиме, превышает 10 Вт/см , а излучаемые импульсы называются гигантскими. [c.388]

В заключение стоит указать, что и по поляризации излучение лазера отличается от излучения обычных источников света. Физика процессов в лазере связана не со случайным началом колебаний (спонтаяное излучение , а с некочорыми более сложными явлениями, обусловленными взаимодействием электромагнитного излучения и атомных систем. Такое вынужденное излучение (это понятие было введено Эйнп1тейном еще в 1916 г. см, гл. 8) должно характеризоваться вполне определенной поляризацией. При работе со специально изготовленными лазерами, у которых окна разрядной трубки перпендикулярны ее оси, можно наблюдать, как чер( з определенное время At один вид. . .тлиптической поляризации переходит в другой. Но обычно окна разрядной трубки, находящейся внутри резонатора, располагают под некоторым углом к ее оптической оси (угол Брюстера), что (см. гл. 2) [c.37]

Кроме спонтанных излучачельных переходов должны иметь место переходы с -го на т-й уровень, сопровождающиеся погло-п еЕ1ием излучения атомной системой. Е1е составляет труда оценить скорость dN /At процесса поглощения излучения, используя принятое статистическое описание. Д.1я этого обозначим через Bnmifi, соответствующую вероятность перехода, а через N ч (. атомов на -м уровне. Нужно также учесть, что каждый атом черпает энергию из окружающей среды, т.е. эти переходы происходят под действием некоторой вынуждающей силы. Тогда для процесса поглощения энергии, сопровождающегося вынужденным переходом с п-го на т-й уровень, справедливо соотно- [c.427]

Разберемся подробнее в этом важном вопросе. Соотношение Annl mn указывает, что отношение коэффициентов Эйнштейна для спонтанного и вынужденного переходов при переходе от видимой части спектра (л 10" см) к метровым радиоволнам должно уменьшиться примерно в 10 раз. Поэтому не должна удивлять разница в механизме процессов излучения для этих двух столь различных диапазонов спектра электромагнитных волн. [c.429]

Но и в оптическом диапазоне вынужденным излучением нельзя пренебречь. Действительно, представим себе, что при проведенном выводе не учтено соответствующее число dN вынужденных переходов. Тогда нужно было бы приравнять число спонтанных переходов числу актов поглощения и вместо формулы Планка получилось бы некое выражение (которое также часто связывают с именем физика Вина), хорошо описывающее ход г,,у лигпь в области малых длин волн (г.е. когда hv кТ). Учет вынужденного излучения приводи к формуле Планка, отлично согласуюп ейся с опытом во всем оптическом диапазоне. [c.430]

Поглощенная световая энергия в самом общем и наиболее распространенном случае переходит в тепло, несколько повышая температуру поглощающего тела. Но нередко лишь часть световой энергии переходит в тепло, другая же испытывает иные превращения, вызывая те или иные действия свел а. В настоящем разделе мы не будем рассматривать тех случаев, когда в результате воздействия света тело само становится источником и испускает излучение собственной или вынужденной частоты. Часть таких процессов (излучение вынужденных частот) была рассмотрена в гл. XXIX (рассеяние света). Другая их часть (излучение собственных частот) будет обсуждаться в гл. XXXVIII. Настоящий же раздел посвящен вопросам превращения световой энергии в механическую энергию электронов (фотоэффект и явление Комптона) или всей поглощающей системы (давление света), а также различным химическим действиям света (фотохимия, фотография, физиологическая оптика). [c.633]

Сказанное означает, что мощность излучения, поглощаемая газом при переходах п т, должна равняться мощности, излучаемой при обратных — вынужденных и спонтанных — переходах. Выполнение этого условия обеспечивает неизменность и спектральной плотности энергии излучения (для частоты сотя), и среднего числа атомов в состояниях т, п. Итак, в состоянии термодинамического равновесия должно выполняться равенство [c.735]

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]

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 качестве меры мощности процесса возбуждения, приводящего к инверсной заселеннее и пока неконкретизируемого, можно принять величину разности заселенности N 0 — Мпо, которая возникает в отсутствие излучения. Энергия, запасенная в среде и способная перейти в энергию излучения в результате вынужденных переходов, пропорциональна, очевидно, величине Ны[М,по — — Nno При достаточно больших значениях п(о)) вся указанная энергия превратится в энергию излучения, и взамен соотношений (223.3) будет выполняться равенство [c.777]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...