Спонтанное и вынужденное испускание

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]

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]

В 6 мы рассмотрим, как меняется временная когерентность мод в активном резонаторе при введении энергии в поле излучения через спонтанное и вынужденное испускание. [c.24]

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]

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]

Подчеркнем, что оператор (10.3.5) отвечает за все процессы поглощения и испускания (спонтанного и вынужденного) фотонов электроном. [c.251]

М. п. составляют физ. основу широкого круга разнообразных эффектов, проявляющихся в изменении характеристик эл.-магн. излучения, а также свойств и состояния вещества. К ним относятся многофотонное поглощение и испускание, многофотонная ионизация атомов и молекул, многофотонный фотоэффект, широкий класс процессов рассеяния света и т. п. Каждый фотон, возникающий при М. п., может испускаться либо спонтанно, либо под действием внеш. излучения. В соответствии с этим М. п. делятся на спонтанные и вынужденные (индуцированные), такие, как спонтанное и вынужденное рассеяние света, спонтанное и вынужденное многофотонное излучение (см. также Комбинационное рассеяние света, Мандельштама — Бриллюэна рассеяние). [c.167]

ЭЙНШТЕЙНА ЗАКОН ТЯГОТЕНИЯ—см. Тяготение. ЭЙНШТЕЙНА КОЭФФИЦИЕНТЫ—коэф., характеризующие вероятности излучательных квантовых пере.ходов. Введены А. Эйнштейном в 1916 при рассмотрении теории испускания и поглощения излучения атомами и молекулами на основе представления о фотонах при этом нм впервые была высказана идея существования вынужденного испускания. Вероятности спонтанного испускания, поглощения и вынужденного испускания характеризуются соответственно коэф. Ai i, и Вц (индексы указывают на направление перехода между верх. и ниж. уровнями энергии). Эйнштейн одновременно дал вывод Планка зако-т излучения путём рассмотрения термодинамич. равновесия вещества и излучения и получил соотношения между [c.497]

Каждый фотон, возникающий при М. п., может испускаться либо самопроизвольно (спонтанно), либо под действием внеш. излучения с той же частотой (вынужденное испускание). Вероятность щ-фотонного процесса РГд,, в к-ром происходит поглощение и вынужденное испускание фотонов с энергиями Л0)1, Ящ,. . равна [c.424]

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]

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]

Проделанные выше выкладки, в ходе которых была установлена связь между коэффициентами Эйнштейна, можно рассматривать как еще один вывод формулы Планка. В данном выводе не используется квантование энергии осциллятора. Здесь применяется теория Бора, в частности его правило частот, и, кроме того, делается принципиальное предположение о наличии наряду со спонтанным также н вынужденного испускания. Нетрудно убедиться (предлагаем читателю самому сделать это), что если бы в (3.2.6) отсутствовало слагаемое то вместо (3.2.10) мы получили бы результат [c.72]

Как известно, наряду со спонтанными переходами частиц вещества возможны вынужденные переходы (переходы, инициированные излучением). Процессы вынужденного испускания будут преобладать над встречными процессами резонансного поглощения, если обеспечена инверсия заселенностей уровней частиц (если верхние уровни заселены более плотно, чем нижние) в этом случае генерируется вынужденное излучение. По своим свойствам, например по степени монохроматичности и направленности, вынужденное излучение существенно отличается от спонтанного (люминесцентного). Оно обладает более высокой когерентностью, нежели люминесцентное излучение. [c.186]

Если в оптическом переходе участвует один фотон, то такой переход (такой процесс взаимодействия излучения с веществом) называют однофотонным. Однофотонный переход сопровождается либо рождением (испусканием), либо уничтожением (поглощением) фотона, причем испускание фотона может быть либо спонтанным, либо вынужденным. До сих пор мы имели дело только с однофотонными переходами (однофотонными процессами). Они определяют свойства теплового излучения и оптические спектры вещества, лежат в основе как фотоэлектрических, так и люминесцентных явлений. С однофотонными процессами связано и нелинейно-оптическое явление просветления среды. [c.219]

Источником возникновения генерации в лазере является спонтанное излучение возбужденных активных частиц. Спонтанно испущенные кванты, проходя через активную среду, вызывают процессы вынужденного испускания, приводящие к когерентному усилению соответствующих этим квантам электромагнитных волн. При ограниченных поперечных размерах среды и зеркал резонатора максимально усиливаются кванты, распространяющиеся вдоль оптической оси. В этом случае, если усиление электромагнитной волны за один полный проход [c.38]

Исходное состояние не является стационарным. Под воздействием оператора возмущения Л атом поглотит фотон лазерной моды и система перейдет в состояние 1) п — 1) с энергией Е + Нио п — 1) + Eq, где Е — энергия возбуждения атома. Это состояние тоже не будет стационарным, так как под воздействием Л возможно, во-первых, вынужденное испускание фотона лазерной моды и возвращение системы в исходное состояние и, во-вторых, спонтанное испускание фотона к и переход в состояние 10) п — 1, к) с энергией Ншо п - 1) Ч- + Eq. Как и в рассмотренном выше случае флуоресценции, благодаря взаимодействию бесконечный набор возможных состояний системы оказьшается связанным в цепочку, изображенную на рис. 1.4. [c.29]

Спонтанное и вынужденное испускание света (излучение люминесценции и лазерное излучение). Люминесцентное излучение образуется в результате спонтанных переходов центров люминесценции из возбужденных состояний в невозбужденные (или менее возбужденные). Иначе говоря, заключительный этап люминесценции связан с процессами спонтанного испускания сзета. [c.186]

СИЛА ОСЦИЛЛЯТОРА — безразмерная величина, через к-рую выражаются вероятности квантовых переходов в процессах излучения, фотопоглощения и кулоновского возбуждения атомных, молекулярных или ядер-ных систем. С помощью С. о. находят вероятности спонтанного и вынужденного испускания и поглощения Света, поляризуемости атомов, ширины уровней энергии и спектральных линий и др. важные характеристики систем. С. о. вводят для описания дипольных алектрических и магнитных, а также электрич. квадру-польных излучений [1—5]. В случае алектровных переходов в атомах злектрич. дипольные С. о., как правило, порядка десятых долей единицы, а для магн. дипольных и злектрич. квадрупольных переходов — порядка 10- — [c.495]

Анализируя причины, обусловливающие изменение ИК-спектров при фазовых переходах, следует иметь в виду, что значения частот и интенсивностей полос во всех агрегатных состояниях определяются совокупностью внутренних и внешних факторов. Сюда относятся распределение молекул по уровням энергии, энгармонизм, симметрия и форма колебаний, соотношение спонтанного и вынужденного испусканий, присутствие изотопов и изомеров, резонансные внутримолекулярные эффекты и др. В конденсированных средах необходимо учитывать различные виды вандерваальсовских и квазихимических взаимодействий. Все факторы взаимосвязаны, что значительно усложняет картину. В жидкостях могут изменяться, например, условия резонанса Ферми, так как под влиянием окружения частоты колебаний одной и той же молекулы смещаются по-разному (см. табл. 6). [c.134]

КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА — область физики, охватывающая исследования методов усиления, генерации и преобразования частоты эл.-магн. колебаний и волн (в широком диапазоне длин волн, включающем радио- и оптич. диапазоны), основанных на вынужденном излучении или нелинейном взаимодействии излучения с веществом. Осн. роль в К. э. играют вынужденное испускание и положит, обратная связь. В обычных условиях вещество способно лии1ь поглощать или спонтанно (самопроизвольно и хаотически) испускать фотоны в соответствии с Больцмана распределением частиц вещества по уровням энергии. Вынужденное испускание при этом не существенно. Оно начинает играть роль лигнь при отклонении ансамбля микрочастиц от распределения Больцмана. Такое отклонение может быть достигнуто воздействием эл.-магн. поля, электронным ударом, неравновесным охлаждением, инжекцией носителей заряда через по-тенц. барьер в полупроводниках и т. п. В результате таких воздействий (накачки) поглощение эл.-магн. волн веществом уменьшается и при выравнивании населённостей на. энергетич. уровнях, подвергающихся действию накачки, интенсивности поглощения и вынужденного испускания сравниваются и взаимно гасятся. При этом эл.-магн. волна, частота к-рой резонансна но отношению к частоте перехода между этими, энергетич. уровнями, распространяется в веществе без поглощения. Такое состояние наз. н а-сыщением перехода. [c.319]

Излучат. К. п. могут быть спонтанными ( самопроизвольными ), не зависящими от внеш. воздействий на квантовую систему и обусловленными её взаимодей-ствие.м с физ. вакуу.мом (спонтанное испускание фотона), и вынужденными (индуцированными), происходящими под действием внешнего эл.-.магн. излучения резонансной частоты v= (< — й)/А (поглощение и вынужденное испускание фотона) (см. Спонтанное излучение. Вынужденное излучение]. Вероятности излучат. К. п. определяются Эйкиглгейнд коэффициентами и могут быть рассчитаны методами квантовой электродинамики и квантовой механики. [c.333]

Спонтанные и вынужденные переходы. Возбуждённый атом из состояния S2 может пере1гти в состояние с испусканием фотона как самопроизвольно (спонтанное испускание), так и иод действием ЭЛ.-маги, излучения (и н д у ц и р о в а и н о е, или в ы н у ж д о и и о е, и с и у с к а н и е). [c.546]

Имеется нсск. разл. физ. механизмов просветления. Наиб, распространённый из них — перераспределение населённостей квантовых уровней молекул вещества под действием резонансного излученил. Простейшим вариантом такого перераспределения является насыщения эффект. В этом случае с увеличением интенсивности падающего эл.-магн. излучения населённости нижнего и верхнего уровней резонансного перехода выравниваются, что ведёт к выравниванию скоростей поглощения и вынужденного испускания. В результате поглощаемая мощность стремится к пределу, определяемому только скоростью релаксац. процессов, связанных с передачей заергии окружающей среде (спонтанное [c.150]

Итак, все квантовые переходы можно разделить на безызлучательные и излучательныс. К излучательным переходам относятся переходы как с поглощением квантов света, так и с испусканием. Исп скание света (фотонов) может быть спонтанным и вынужденным. Кроме того, квантовые переходы подразделяются на одно-, двух- и многофотонные. В зависимости от того, как изменяются электронная и ядерная плотности в молекуле при квантовых переходах, они называются электрическими дипольными, магнитными дипольными и электрическими квадрупольпыми переходами. [c.50]

Рио. 1. Спонтанное и вынужденное излучение. Обмен энергией между квантовой системой и апектромагнитным излучением может происходить разными способами. Здесь мы предполагаем, что система обладает только двумя энергетическими уровнями, а единичный акт излучения представлен частицей — фотоном с энергией, пропорциональной длине волны. На верхней схеме Ш фотон поглощается системой, которая переходит при этом о нижнего уровня на верхний. На схеме (II) система возвращается в нижнее состояние, испуская фотон той же энергии это испускание, называемое спонтанным, происходит за время, равное в среднем времени жизни верхнего уровня. На (Ш) фотон взаимодействует с системой, находящейся в возбужденном состоянии. При этом система переходит в нижнее состояние с испусканием фотона, и образуются два фотона с той же энергией, что и у падающего. Такое излучение, называемое вынужденным, является основой действия лазеров и повволяет получать очень большое число фотонов в фазе друг с другом, образующих то, что называется когерентным [c.33]

Излучательные К. ц. могут быть спонтанными, не зависящими от внеш. воздействий на квант, систему (спонтанное испускание фотона), и вынужденными, происходящими под действием внеш. эл.-магн. излучения резонансной [удовлетворяющей соотношению ( )] частоты V (поглощение и вынужденное испускание фотона). Из-за спонтанного испускания квант, система может находиться на возбуждённом уровне энергии ё с лишь нек-рое кон. время, а затем скачкообразно переходит на к.-н. более низкий зфовень. Ср. продолжительность Тд пребывания системы на возбуждённом уровне ё наз. временем жизни на уров-н е. Чем меньше тем больше вероятность перехода системы в состояние с низшей энергией. Величина 1/т , определяющая ср- число фотонов, испускаемых одной ч-цей (атомом, молекулой) в 1 с, наз. вероятностью спонтанного испусканйя с уровня ё -Для вынужденного К. п. число переходов пропорц. плотности излучения резонансной частоты V, т. е. энергии фотонов частоты V, находящихся в [c.277]

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]

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]

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]

При уничтожении фотонов происходит поглощение излу чения частицами веществами (квантовыми системами), при рождении фотонов происходит испускание излучения. Испускание может быть спонтанным или вынужденным. Таким образом, п-фотонный процесс представляет собой в общем случае сочетание вынужденных процессов (испускання и поглощения) с процессами спонтанного испускания. [c.220]

Рассмотрим характер излучательных переходов, основываясь на классической работе Эйнштейна, который еще в 1917 г. ввел понятие о спонтанных и индуцированных переходах. Система, состоящая из двух уровней, показана на рис. 29. Если Е > Е , энергетический уровень 2 лежит выше уровня / и частица находится на уровне 2, то она может перейти на уровень /, испустив квант электромагнитного излучения Лv2l = Е — Е . При этом возможно как спонтанное, так и вынужденное излучение. Вероятность спонтанного излучения, т. е. того, что процесс произойдет за промежуток времени (И, составляет Л 21 При облучении происходит взаимодействие кванта излучения с частицами, составляющими систему, что приводит к одному из двух процессов переходу частицы с уровня / на уровень 2 (поглощение) или, если частица была возбуждена, к обратному переходу (испускание). Вероятность, что какой-то из процессов произойдет за время сИ, пропорциональна плотности излучения и (у) и поэтому может быть записана соответственно В12 и (V) (И и 21 и (V) си. [c.60]

Энергетические переходы атомов и молекул, приводящие к испусканию квантов, могут происходить как самопроизвольно (спонтанно), так и вынужденно (ипду-цированно) под действием внешней электромагнитной волны или фотона. В связи с этим полное количество испускаемой веществом энергии делится на спонтанное и -индуцированное. Спонтанное испускание определяется только химической природой вещества и его термодинамическими параметрами и совершенно не зависит от того, имеется ли в среде внешнее излучение или нет. В количественно.м отношении излучение среды было бы равно ее спонтанному испусканию при условии отсутствия внешнего электромагнитного поля. Од1. 1ко оказывается, что проходящая электромагнитная волна (фотоны) той же частоты, что и испускаемая данным [c.26]

Особенности вынужденного испускания позволяют генерировать когерентное излучение. Первоисточником является процесс спонтанного испускания, причём наиб, число фотонов будет испущено на резонансной частоте (O21, далее вступает в действие индуцированный процесс. Т. к. число спонтанно испущенных фотонов болыне на частоте ы-л и вероятность индуцированных переходов на этой частоте тоже имеет максимум, то постепенно фотоны на частоте Wji будут доминировать над всеми остальными фотонами. Но для того, чтобы этот процесс развивался, необходима преемственность между поколениями фотонов, т. е. необходима обратная связь. [c.546]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...