Элементарные процессы излучения

Для введения в круг проблем мы начнем с представления об элементарных процессах излучения. Затем последует обзор быстропротекающих процессов (в частности, процессов релаксации) в газах, жидкостях и твердых телах. Мы приведем также основные уравнения, описывающие взаимодействие между световыми импульсами и атомными системами и учитывающие процессы релаксации. [c.15]

Элементарные процессы излучения [c.15]

Величины 4а ( ь) и 012 (соь) называются коэффициентом поглощения и поперечным сечением атомной системы. [В случае часто вводят в рассмотрение коэффициенты усиления g y( o)=— а(со).] Эти соотношения получены в предположении, что вклады отдельных молекул аддитивны. В плотных газах, жидкостях и твердых телах справедливость этого предположения следует проверять в каждом отдельном случае. Ясно что при N >N2 (это неравенство всегда выполняется, например, в случае теплового равновесия) процессы поглощения преобладают, вследствие чего проходящее излучение ослабляется. Напротив, при N2>N происходит усиление вынужденного излучения. Зная вероятности переходов в единицу времени, можно также рассчитать изменения населенностей уровней системы, вызванные элементарными процессами излучения. Вследствие процессов поглощения число возбужденных систем [c.21]

Соотношения (2.17) и (2.18) являются основными для элементарных процессов излучения. В состоянии теплового равновесия высокие энергетические уровни имеют меньшую населенность, чем низкие, поэтому акты поглош.ения происходят гораздо чаш.е, чем акты индуцированного испускания. Общий энергетический баланс поддерживается за счет спонтанного излучения. [c.16]

Тепловое поле по теории возмущения. Как следует трактовать формулу (18), полученную нами феноменологически, в терминах элементарных процессов излучения фотонов Перейдем к представлению Шредингера, в котором меняется вектор состояния ty, а не операторы ( 2.2). Молекулы в результате столкновений или взаимодействия с решеткой после спонтанного излучения снова возвращаются в возбужденное состояние ] а>. Пусть падающее поле находится в вакуумном состоянии 0>, т. е. начальное состояние системы, которое фигурирует в теории возмущения, будет Мо> = I 0> П ay . В момент t согласно (2.3.4) и (2.3.18) [c.129]

Часто приходится рассчитывать стационарный процесс переноса теплоты от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку (рис. 12.1). Такой процесс называется теплопередачей. Он объединяет все рассмотренные нами ранее элементарные процессы. Вначале теплота передается от горячего теплоносителя к одной из поверхностей стенки путем конвективного теплообмена, который, как это показано в 12.1, может сопровождаться излучением. Интенсивность процесса теплоотдачи характеризуется коэффициентом теплоотдачи а. [c.97]

Многочисленные попытки теоретически установить закон черного излучения, приведшие, как мы видели, к установлению важных частных законов (Больцман, Вин), не могли дать общего решения задачи и приводили к заключениям, согласующимся с опытом, только в ограниченном интервале Т и V. Причина неудач оказалась лежащей чрезвычайно глубоко. Законы классической электродинамики, при помощи которых делались все эти исследования, оказались лишь приближенно правильными и давали неверный результат при рассмотрении элементарных процессов, обусловливающих тепловое излучение. [c.698]

Классическая электродинамика могла успешно объяснить лишь те оптические явления, где несуш,ественна структура элементарных процессов взаимодействия света с вешает-еом. При рассмотрении же теплового излучения эти процессы становятся суш,ественными. Поэтому решение проблем теплового излучения оказалось в конечном счете не по силам классической электродинамике. [c.36]

На первый взгляд может показаться, что структура элементарных процессов взаимодействия излучения с ве- [c.36]

Чтобы ответить на этот вопрос, надо ввести понятие фотонной кратности элементарного процесса взаимодействия излучения с веществом и рассмотреть наряду с однофотонными также многофотонные процессы. [c.219]

Тогда при Еп Е в условиях динамического равновесия между молекулами (атомами) и черным излучением полости возможно, как указывалось выше, протекание следующих элементарных процессов перехода молекул из одного стационарного энергетического состояния в другое. [c.18]

Процесс излучения энергии телом представляет собой весьма сложное физическое явление. Рассмотрим качественно процесс излучения элементарной поверхности твердого тела dF (рис. 1-1), которая излучает энергию по всем направлениям в пределах полусферы. Так, в направлении ОА площадка посылает электромагнитные колебания всего спектра длин волн. Каждое из этих электромагнитных колебаний несет определенное количество энергии. Общее количество энергии, излучаемой [c.5]

Рис. 1. Схематическое изображение элементарных процессов генерации 7-излучении.

Вели щна х определяется разл. элементарными процессами взаимодействия излучения с веществом и может быть представлена в виде [c.325]

Важнейшее направление использования Ф. п. связано с высокой чувствительностью её электрич. свойств к степени совпадения частоты лазерного излучения с частотой резонансного перехода в атоме. Это позволяет использовать Ф. п. как нелинейный оптич. элемент для преобразования и стабилизации частоты лазерного излучения, а также для анализа содержания примесей атомов и молекул, резонансно поглощающих лазерное излучение. Ф. п. служит удобным средством получения ионных пучков заданного состава, что связано с высоким коэф. преобразования энергии лазерного излучения в энергию ионов. Ф. п. широко используется при изучении элементарных процессов в низкотемпературной плазме. Эти исследования дали богатую информацию о параметрах и механизмах процессов ионизации при участии возбуждённых атомов. [c.358]

На практике перенос энергии излучения между газом и поверхностью твердого тела всегда сопровождается также теплопроводностью и конвекцией. Такой суммарный процесс называется сложным теплообменом. Действительный механизм одновременно протекающих процессов излучения, конвекции и теплопроводности таков, что при строгом его рассмотрении необходимо учитывать одновременно все виды переноса энергии в каждом элементарном объеме системы. [c.261]

Практически каждая нелинейная среда, в которой под действием света изменяется показатель преломления (кубическая нелинейность, нелинейность пятого порядка, фоторефрактивные нелинейности и т.д.), может быть использована для получения генерации, если она обеспечивает усиление достаточное, чтобы превысить внутренние потери генератора и потери, связанные с выходом излучения. Классифицируя все механизмы нелинейности по элементарным процессам, приводящим к изменению комплексного показателя преломления, можно выделить две следующие группы. [c.42]

В 1917 г. Эйнштейн показал, что основополагающие заключения об элементарных процессах взаимодействия излучения и атомных систем можно получить уже на основании относительно простых статистических и квантовомеханических соображений. Согласно квантовой теории, атомы обладают дискретными уровнями энергии. Вследствие выполнения закона сохранения энергии для каждого [c.15]

Временное разрешение будет рассмотрено на примере приемника излучения, действующего на основе внешнего фотоэлектрического эффекта (рис. 3.7). Этот тип фотоприемников является наиболее быстродействующим. В диапазоне пикосекундных исследований элементарный процесс фотоионизации может с высокой точностью считаться безынерционным (время нарастания для типичных зонных структур материала катода составляет Ю " с). Временное разрешение прежде всего определяется разбросом времени выхода из катода и разбросом времени пробега от катода к аноду, вызванным разбросом начальных скоростей электронов. Обусловленное электронно-оптическими явлениями минимально достижимое временное разрешение может быть снижено до 10 с. В фотоэлектрических приемниках это пока не осуществлено (но достигнуто в скоростных фоторегистраторах, см. п. 3.2.3). Наилучшее разрешение современных фотоэлектрических приемников, обусловленное как электронно-оптическими, так и электронными эффектами, составляет примерно 50 ПС. Разрешение фотоумножителей [c.111]

Изучение релаксационных свойств жидкостей. Процессы ориентационной дипольной релаксации жидкостей наиболее отчетливо и своеобразно проявляются в областях температур и вязкостей, при которых Тг — т. В этом случае восстановление равновесия между возбужденной молекулой и частицами растворителя можно проследить на молекулярном уровне. Поскольку различные молекулы проводят в возбужденном электронном состоянии неодинаковое время т, положение электронного уровня Ез (см. рис. 42) для них различно. Наблюдаемый на опыте спектр флуоресценции является суперпозицией спектров молекул с различными значениями т 1 В первоначальный момент излучают преимущественно частицы с электронной энергией Е2, а в конечный — с энергией Ез. На промежуточной стадии процесса излучения спектр состоит из суммы элементарных смещенных друг относительно друга полос отдельных молекул. Использование скоростных спектрометров [21, 29] позволяет регистрировать отдельные составляющие полос испускания. [c.106]

Акустическое поле излучения преобразователя определяется давлением, которое создается преобразователем и действует на элементарный приемник, помещенный в произвольной точке пространства перед преобразователем. Будем считать длительность излучаемых акустических импульсов настолько большой, что при исследовании акустического тракта колебания можно полагать непрерывными гармоническими. Вместе с тем будем считать импульсы настолько короткими, что процессы излучения и приема происходят в разные интервалы времени. Влияние малой длительности на акустическое поле преобразователя учитывается в виде поправок. Для простоты расчетов разобьем всю площадь на элементарные площадки и в соответствии с принципом Гюйгенса Френеля будем находить звуковое поле в виде суперпозиции (суммы) волн, излучаемых элементарными источниками 5 (рис. 3.1). [c.68]

Будем считать, что свободный атом может находиться только в стационарных состояниях с определенной энергией Е1, Е2,. ... Переход атома из одного стационарного состояния в другое может происходить скачком в результате поглощения или испускания электромагнитного излучения, причем для такого элементарного процесса выполняется закон сохранения энергии Ет—Еп=Йш — энергия поглощаемого или испускаемого фотона равна разности энергий соответствующих стационарных состояний атома. Эти квантовые представления о строении атома и характере его взаимодействия с излучением, обобщающие гипотезу Планка о гармоническом осцилляторе, были введены Бором в 1913 г. и полностью подтверждаются современной квантовой теорией. [c.437]

Таким образом, имеется большой диапазон значений пороговых интенсивностей и малое различие их с критическими интенсивно стями. Следовательно, можно заключить, что наблюдаемые изменения в энергетическом спектре электронов обусловлены изменением в элементарном процессе ионизации, имеющем место при одном и том же значении порогового числа фотонов вследствие увеличения интенсивности излучения. [c.184]

В квантовой теории имеют дело со стационарными состояниями, а элементарные акты поглощения и испускания предполагаются происходящими мгновенно. Эйнштейн предложил процесс излучения или поглощения характеризовать вероятностью, или численным коэффициентом, который определяет, сколько переходов происходит в среднем в единицу времени с каждым из атомов данного ансамбля. Вероятности, получаемые из опыта, являются эмпириче- [c.12]

В случае спонтанных процессов испускание фотонов происходит в любом направлении, а вынужденное испускание фотонов — в направлении распространения падающего на частицу излучения. Вполне естественно, что вынужденное испускание можно рассматривать как процесс в известном смысле слова противоположный поглощению. Поэтому его еще называют отрицательным поглош ением. При этом под воздействием излучения при элементарном процессе поглощения число фотонов частоты уменьшается на единицу, а при элементарном процессе вынужденного испускания — увеличивается на единицу. [c.16]

В природе и технике элементарные процессы распространения тепла — теплопроводность, конвекция и тепловое излучение — очень часто происходят совместно. [c.9]

Из последней системы видно, что нахождение эффективной температуры Т связано с решением, задачи о населенности уровней. Эта задача о населенности уровней описывается системой так называемых уравнений стационарности [26], исследование которых далеко выходит за рамки нашего курса. Отметим только, что эти уравнения выражают условия баланса между элементарными процессами, идущими в рассматриваемой нами системе. В систему уравнений стационарности входит величина интенсивности излучения. Таким образом, дело фактически сводится к решению очень сложной системы, состоящей из уравнения переноса излучения и набора стационарных уравнений. Этому вопросу посвящена, например, монография [26]. [c.101]

Закон Кирхгофа строго справедлив только при наличии термодинамического равновесия. Но в задачах газовой динамики состояние термодинамического равновесия не имеет места. Поэтому, строго говоря, формула (6.5) неприменима. Однако в большинстве практических задач газовой динамики оказывается выполненным локальное термодинамическое равновесие. Если среда находится в локальном термодинамическом равновесии, то процессы излучения в элементарном объеме среды, имеющем температуру Т, аналогичны процессам излучения, происходящим в рассмотренной выше полости при той же температуре. При этом, очевидно, нет необходимости в том, чтобы среда была изотермической. Температура может меняться от точки к точке, но каждый элемент среды излучает и поглощает так, как если бы он находился в термодинамическом равновесии. [c.658]

Тепловое излучение — процесс распространения теплоты с помощью электромагнитных волн, обусловленный только температурой и оптическими свойствами излучающего тела при этом внутренняя энергия тела (среды) ттереходит в энергию излучения. Процесс превращения внутренней энергии вещества в энергию излучения, переноса излучения и его поглощения веществом называется теплообменом излучением. В природе и технике элементарные процессы распространения теплоты — теплопроводность, конвекция и тепловое излучение — очень часто происходят совместно. - [c.5]

Особенности элементарного акта излучения, а также множество физ. процессов, нарушающих осевую симметрию светового пучка, приводят к тому, что свет всегда частично поляризовав. П, с. может возникать при отражении и преломлении света на границе раздела двух изотропных сред с разл. показателями преломления в результате различия оптич, характеристик границы для компонент, поляризованных параллельно и перпендикулярно плоскости падения (см. Френеля формулы). Свет может поляризоваться либо при прохождении через анизотропную среду (с естеств, или индуцированной оптич, анизотропией), либо вследствие разных коаф. поглощения для разл. поляризаций (см. Дихроизм), либо вследствие двойного лучепреломления. П. с. возникает при рассеянии света, при оптич. возбуждении резонансного свечения в парах, жидкостях и твёрдых телах. Обычно полностью поляризовано излучение лазеров. В сильных электрич. и магн. полях наблюдается полная поляризация компонент расщепления спектральных линий поглощения и люминесценции газообразных и ковдеасиров. сред (см. Электрооптика, Магнитооптика), [c.67]

При таком рассмотрении измерение спектра сводится к нахождению амплитуд и фаз комплексной ф-ции S(v), описывающей спектр сигнала m(i). Реальные возможности измерений связаны с рядом ограничений и альтернатив. Во-первых, приёмники излучения реагируют не на интенсивность излучения, а на поток, пропорциональный произведению 5(v)-S (v)= S(v)j. Во-вторых, в обычной (не лазерной) С. излучение чаще всего некогерентно, т. к. испускается большим числом элементарных излучателей со случайными амплитудами и фазами (об особенностях С. когерентного излучения см. в ст. Лазер, Лазерная спектроскопия). Поэтому и(() — случайная ф-ция и, следовательно, 5(v) — случайная величина. Для детермиииров. описания случайного процесса излучения рассматривают спектр его мощности [c.621]

Данная глава, как мы условились в разд. 1.5, посвящена взаимодействию излучения с веществом. Это очень широкая область науки, иногда называемая фотофизикой. Здесь мы ограничимся обсуждением лишь явлений, имеющих непосредственное отношение к веществу, используемому как активная среда лазера. Вводный раздел посвящен теории излучения черного тела, на которую опирается вся современная физика излучения. Затем мы рассмотрим элементарные процессы поглощения, вынужденного излучения, спонтанного излучения и безызлучательной релаксации, На первом этапе это изучение будет проводиться ради простоты для разреженных сред и малой интенсивности излучения. Кроме того, будем вначале считать, что среда состоит только из атомов. Затем будут рассмотрены случаи высокой интенсивности излучения и плотных сред (когда возникают такие явления, как насыщение, суперизлучение, суперлюминесценция и усиленное спонтанное излучение). В последнем разделе мы обобщим некоторые из полученных результатов на более сложный случай молекулярной системы. Некоторые весьма важные, хотя и не столь общие вопросы, касающиеся фотофизики полупроводников, молекул красителей и центров окраски, мы кратко обсудим в гл. 6 непосредственно перед рассмотрением соответствующих лазеров. [c.25]

Остановимся кратко на случае расчета характеристик СО2-лазера, когда его активная смесь возбуждается самостоятельным разрядом с источником предыонизации. Исходными уравнениями, описывающими генерацию такого лазера, являются системы (2.22) и (2.20), которые по математическому содержанию, а значит и по применяемым при их решении численным методам и построению программ на ЭВМ, ничем не отличаются от уравнений С02-лазера при несамостоятельном разряде возбуждения. Однако по физическому содержанию описание этих двух типов разрядов отличается друг от друга. Прежде всего для самостоятельного разряда несправедлива формула (2.26), т. е. для каждой выбранной смеси дрейфовая скорость электронов будет разной. Кроме того, существенные трудности при реализации уравнений (2.20) для самостоятельного разряда связаны с определением констант элементарных процессов а, р, т], появляющихся в уравнении, которое описывает развитие электронных лавин в смесях СО2—N2—Не. Эти трудности при разработке С02-лазеров с различными составами газов можно обойти, если воспользоваться методом исследования самостоятельного разряда, рассмотренным в работах [80, 152]. В них для конкретной смеси СО2—Не = 1—1—8 pz = = 1 атм) авторами проводились исследования основных характеристик самостоятельного разряда (форма и длительность импульсов тока и напряжения, их амплитуда и т. д.), причем они измерялись экспериментально и рассчитывались на ЭВМ с помощью уравнений (2.20). Конечным результатом этих исследований являются выражения, позволяющие при известной геометрии разрядной камеры определить функцию Пе (t) в самостоятельном разряде. Далее эти выражения для Пд (t) подставлялись в уравнения генерации, по которым и рассчитывались выходные характеристики излучения С02-лазера и которые сопоставлялись с характеристиками, измеренными в эксперименте [1 ]. Что касается остального алгоритма расчета, то он ничем не отличается от вышеизложенного примера расчета характеристик С02-лазера с несамостоятельным разрядом возбуждения. [c.71]

При освещении в полосе при 560 т,ч образуется электрон и положительно заряженный остаток. Этот остаток может вернуть электрон путем обмена со свободным ионом 5 или (что более вероятно) с комплексом [AgQSy. В конечном счете, освещение в полосе поглощения агрегатов А 0[8 е,ВГд] тождественно освещению в примесной полосе поглощения и также может приводить к образованию коллоида. При нагревании до комнатной температуры максимум полосы поглощения агрегатов AgQ [8 Вг ] смещается и совпадает с максимумом поглощения коллоида. Сенсибилизатором является не коллоид, а комплексы AgQ[8 Вг ], обусловливающие слабую полосу поглощения, совпадающую с полосой коллоида. Интересно было бы провести измерения при еще более низких температурах на кристаллах, спрессованных при комнатной температуре. Лишь при более низких температурах можно реализовать эффекты, которые наблюдались на других кристаллах (спрессованных при 380°). Термодинамическую обработку результатов можно провести только после получения точных количественных данных, прежде всего по зависимости образования новых полос поглощения от интенсивности излучения. Такие измерения находятся в стадии подготовки. Можно надеяться, что эти новые опыты позволят глубже понять механизм элементарного процесса, протекающего в фотографической пластинке. Исходя из чисто экспериментальных соображений, нами была исследована область до 700 т,ч. Возможно, что в длинноволновой области будут обнаружены новые полосы, обусловленные связыванием электронов более сложными агрегатами. [c.72]

Люминесценция отличается от температурного испускания и. с точки зрения внутреннего механизма элементарных процессов. Так, в случае люминесценции поглощаемое люминесцирующим телом возбуждающее излучение переходит не в тепловой запас тела, а удерживается в форме потенциальной энергии, которая затем без окольной дороги тепловых атомных колебапий снова излучается частично нли полностью . Конечно, и нри температурном испускании элементарные э.дектропные процессы испускания сводятся к переходу электронов из одного энергетического состояния в другое для отдельных центров испускания. Однако эти процессы при равновесном температурном испускании проходят при сильном взаимном влиянии, что приводит к полной потере индивидуальных свойств этих центров (атомов, молекул). [c.529]

Пондеромоторной энергией можно пренебречь при интенсивности излучения 10 Вт/см . Она имеет порядок величины 1 эВ при интенсивности излучения 10 Вт/см и частоте излучения порядка 1 эВ. Следовательно, экспериментальные сдвиги спектральных пиков в энергетическом распределении фотоэлектронов определяются природой элементарного процесса ионизации [7.44] и не зависят от динамических штарковских сдвигов и пондеро-моторных эффектов. Значение порогового числа фотонов не изменяется при интенсивности выше критической. [c.185]

Подавляющее большинство гидродинамических процессов и процессов тепло- и массопереноса, определяющих термогидродинамическое состояние природных объектов, таких как атмосферы и недра звезд и планет, происходят на различных пространственно-временных масштабах (от распространения малых примесей в региональном объеме атмосферы планеты до образования гигантских газо-пылевых туманностей, звездных ассоциаций и галактических скоплений) и носят, как правило, турбулентный характер. Турбулентность приобретает ряд особенностей в условиях, когда газ является многокомпонентным, что обычно имеет место в реальных природных средах. Наиболее исчерпывающе такие особенности проявляются при относительно малой плотности газовой смеси, что характерно, в частности, для разреженных газовых оболочек небесных тел -верхних атмосфер планет, состояние которых дополнительно определяется многочисленными комплексами элементарных процессов, инициируемых солнечным ультрафиолетовым и рентгеновским излучением. Теоретическое описание и моделирование турбулентности многокомпонентного химически активного континуума в приложении к планетным атмосферам, определяемое понятием аэро-номика, носит, таким образом, достаточно общий характер и позволяет составить представления об основных принципах и подходах, используемых при описании широкого класса турбулентных природых сред. [c.312]

Богатая цветовая гамма растительного и животного мира волшебные краски неба, радуги, восхода и захода солнца, эффекты тени, смены дня и ночи, притягательная сила огня и раскаленного металла, кшогоцветие орнаментов национальных одежд, посуды, витражей... Можно долго перечислять примеры нашего повседневного соприкосновения с миром оптических явлений, которое начинается с раннего детства. Это и неудивительно, так как зрение человека основано на закономерностях взаимодействия света с веществом. Оптические свойства твердых тел являются предметом пристального научного и технологического интереса на протяжении последних трех-четьфех столетий, хотя эти свойства широко использовались для решения определенных декоративных задач еще со времен ранних цивилизаций уже древние художники, создатели наскальных изображений, находили эффектные цветовые решения путем смешивания различных природных пигментов. Начиная с открытия Снеллиусом в 1621 г. закона преломления света оптическая спектроскопия прошла полный драматизма и внутренних противоречий путь развития. За исследованиями явлений отражения и преломления света последовал этап повышенного внимания к интерференции, дифракции и поляризации света, а затем пришло время для целенаправленного изучения поглощения, флюоресценции (люминесценции), рассеяния света и нелинейных оптических эффектов. Длительное соперничество между корпускулярной и волновой теориями света увенчалось компромиссом, основанным на кохщепции дуализма, и открытием законов квантовой механики и квантовой электродинамики. Создание лазерных источников и совершенствование методов детектирования электромагнитного излучения превратили спектроскопию в мощный метод исследования физических свойств твердого тела и протекающих в нем элементарных процессов. Более того, вряд ли можно представить сегодня наши познания о микромире без средств, которые обеспечиваются спектроскопией видимого, инфракрасного. [c.3]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...