Спонтанные и вынужденные переходы

Спонтанные и вынужденные переходы. Пользуясь представлением о переходе атомов из одного стацио- [c.73]

Вероятности спонтанных и вынужденных переходов связаны между собой соотношениями (1.24) и (1.25), поэтому вероятность индуцированных излучений с заданной частотой tt 2i(v) также зависит от v [c.23]

СПОНТАННЫЕ И ВЫНУЖДЕННЫЕ ПЕРЕХОДЫ [c.225]

В результате спонтанных и вынужденных переходов внутри активного тела происходит излучение света. Излу чение, которое не выходит через боковые стенки, прохо дит всю длину активного тела, отражаясь от зеркал, кото рые нанесены на его торцы, возвращается назад (рис. 5.3) При каждом отражении от зеркал теряется часть энергии Поэтому генерация может возникнуть в том случае, если увеличение интенсивности излучения в активном теле [c.34]

Спонтанные и вынужденные переходы. Представим в (12) моменты термостата в спектральной форме согласно (2.4.9) [c.78]

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]

С уровня п на уровень т возможны как спонтанные, так и вынужденные переходы, а с уровня т на уровень -только вынужденные. Обозначим отнесенную к единице времени вероятность, что атом из состояния п спонтанно перескакивает в состояние т, излучив фотон энергии йо) = — Если N -концентрация атомов на уровне п, то в единицу времени в единице объема спонтанно на уровень т перейдет число атомов [c.74]

Пытаясь получить эту формулу из квантовых представлений, согласно которым поглощение и излучение света квантовой системой (молекулой или атомом) сопровождается переходом этой системы из одного энергетического состояния в другое, А. Эйнштейн в 1916 г. высказал гипотезу о наличии в природе процесса индуцированного излучения. Суть его заключается в том, что в квантовых системах, т. е. в системах с дискретными возможными состояниями, помимо спонтанных и безызлучательных переходов могут происходить так называемые вынужденные переходы, индуцированные электромагнитным полем. На рис. 1.2 схематически показаны все возможные виды переходов между двумя выделенными энергетическими состояниями I и 2, характеризуемыми энергиями Si и 82 соответственно. [c.13]

В предыдущей главе мы рассмотрели принципиальные вопросы, возникающие при изучении единственного атома, взаимодействующего с монохроматической световой волной и излучающего спонтанно и вынужденно фотоны. При этом остался в тени важный для практики вопрос о том, каким образом может быть приготовлена система, состоящая только из одного атома. Если атомы исследуемого вещества находятся в газовой фазе, то задача уединения единственного атома является решаемой, но достаточно сложной технической проблемой. Однако исследования в газовой фазе становятся даже в принципе невозможными для сложных органических молекул, так как многие из них уже при небольшом нагревании, предшествующем испарению, распадаются. Поэтому в последние несколько лет успешно развиваются методы исследования единичных молекул, внедренных в твердые матрицы, охлажденные до гелиевых и более низких температур [18-20]. В этом случае перед нами стоит проблема исследования поглощения и излучения света единственным примесным центром. Однако оптические электроны примесной молекулы или атома взаимодействуют не только с электромагнитным полем, но и с колебаниями атомов матрицы (фононами). Это электрон-фононное взаимодействие приводит к рождению и уничтожению фононов в процессе оптического перехода в примеси. Оно актуально даже при сверхнизких температурах, потому что процессы рождения фононов имеют место даже при абсолютном нуле. Поэтому в теорию, изложенную в предыдущей главе, необходимо включить взаимодействие оптических электронов примесного центра с фононами. Фононы и другие низкочастотные возбуждения твердой матрицы рассматриваются в данной главе. [c.53]

Предположим снова, что атом первоначально находится на верхнем уровне 2 и на вещество падает электромагнитная волна с частотой V, определяемой выражением (1.1) (т. е. с частотой, равной частоте спонтанно испущенной волны). Поскольку частоты падающей волны и излучения, связанного с атомным переходом, равны друг другу, имеется конечная вероятность того, что падающая волна вызовет переход (2->-1) атома с уровня 2 на уровень 1. При этом разность энергий Е2 — Е1 выделится в виде электромагнитной волны, которая добавится к падающей. Это и есть явление вынужденного излучения. Между процессами спонтанного и вынужденного излучения имеется существенное отличие. В случае спонтанного излучения атом [c.11]

Если атом находится в верхнем энергетическом состоянии, то вероятность перехода его в состояние с меньшим значением энергии имеет две составляющие. Первая зависит от свойств атома и не зависит от внешних факторов вторая линейно зависит от плотности энергии излучения, соответствующей частоте перехода. Первая составляющая определяет спонтанное излучение, вторая —- вынужденное (индуцированное) излучение. Вероятности спонтанного и вынужденного излучений определяются коэффициентами Эйнштейна А и В. [c.8]

Поскольку поле излучения лазера при пороговой накачке практически отсутствует (за исключением спонтанного), то вынужденными переходами рабочих ионов неодима вниз можно пренебречь и считать, что выражение для Л пор совпадает с выражением для стационарной инверсной населенности Ne, вычисленной в отсутствие генерации (2.23). Это также видно из уравнения [c.59]

Вероятности спонтанных и вынужденных однофотонных переходов при взаимодействии излучения с веществом были рассмотрены Эйнштейном. Примем, что в поглощаемом излучение объеме 1 см вещества имеется Nn молекул в состоянии п (см. рис. 1.15). Тогда число молекул перешедших за 1 с из состояния п в состояние т при воздействии излучения частоты Vnm и спектральной плотностью p(v m), равно [c.55]

Для равновесной системы число поглощенных фотонов должно быть равно числу испущенных фотонов, как в результате спонтанных, так и вынужденных переходов. Число вынужденных [c.55]

После проведенного обсуждения механизмов, лежащих в основе эффектов уширения линий, вернемся к исследованию вынужденных однофотонных процессов (вынужденное излучение и поглощение). Мы располагаем соотношениями для скоростей изменений полных вероятностей переходов при спонтанном и вынужденном излу- [c.277]

Рассмотрим систему электронов, подчиняющуюся статистике Ферми— Дирака и находящуюся в переменном электромагнитном поле. При взаимодействии фотонов с электронами число переходов зависит от заселенности исходного 2 и конечного 1 состояний. Поэтому в системе реализуются не все вероятные переходы, а только те из них, которые разрешены принципом Паули. Тогда для числа спонтанных переходов (2 1) и вынужденных переходов N 1 (2 1) с испусканием и с поглощением 12 (1 2) энергии за единицу времени будем иметь соответственно [c.117]

Одна из центральных проблем современной оптики — изучение процессов, происходящих в возбужденных атомах и молекулах, т. е. процессов, происходящих после акта поглощения света. Такие процессы можно разбить на две группы оптические и неоптические. К числу оптических процессов относятся спонтанные (самопроизвольные) и вынужденные переходы возбужденных частиц на более низкие уровни энергии, сопровождающиеся испусканием световых квантов. Спонтанное испускание универсально, неизбежно осуществляется для всех возбужденных систем. Вероятности спонтанных переходов в разных случаях различны. На рис. 4 спонтанное испускание света изображено жирной стрелкой, направленной вниз. Процесс сопровождается свечением вещества — люминесценцией. Люминесценция изотропных веществ направлена обычно во все стороны, отдельные кванты света независимы друг от друга, обладают случайной фазой. Такое излучение принято называть некогерентным. [c.9]

В гетеролазерах некоторая путаница может возникнуть вследствие того, что в них наряду с электрическим и магнитным полями, связанными с приложенным напряжением смешения и током через переход, существуют также оптические электрическое и магнитное поля, связанные со спонтанным и вынужденным излучениями. Однако различие частот полей смещения й в и с одной стороны, и оптических полей й о и Жд — [c.36]

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]

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]

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]

Между уровнями i и j помихмо спонтанных и вынужденных переходов, сопровождаемых излучением или поглощением фотонов, возможны также и безызлучательные переходы, определяемые вероятностями djj и djt, когда энергия перехода передается или получается атомом без излучения. [c.9]

Хотя элементарная квантовая теория излучения абсолютно черного тела не позволяет теоретически вычислить значения коэффициентов Эйнщтейна, она демонстрирует необходимость существования спонтанных и вынужденных переходов, причем для вероятностей вынужденных [c.309]

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]

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]

МЕЖЗОННЫЕ ПЕРЕХОДЫ — переходы электронов из валентной зоны полупроводника в зону проводимости, сопровождающиеся образованием (генерацией) пары носителей заряда электрон проводимости — дырка обратные М. п. наз. рекомбинацией носителей заряда. Генерационные М. п. могут быть обусловлены тепловым возбуждением, воздействием эл,-магЕ. волн и т. д. Рекомбинационные М. п. могут быть спонтанными и вынужденными (см. Лолу проводники. Рекомбинация носителей заряда), МЕЖМОЛЕКУЛЯРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ. По природе, характерным внергиям и расстояниял близко к межатомному взаимодействию. Описывается теми же типами потенциалов взаимодействия, что и межатомное взаимодействие. М. в. наиб, существенно в нлот- [c.88]

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]

В предыдущих разделах были даны основные понятия процессов спонтанного и вынужденного излучений, а также поглощения. На языке фотонов эти процессы можно описать следующим образом (рис. 1.1) 1) в процессе спонтанного излучения атом, испуская фотон, переходит с уровня 2 на уровень 1 2) в процессе вынужденного излучения падающий фотон вызывает переход 2->-1, в результате чего мы получаем два фотона (падающий плюс испущенный) 3) в процессе поглощения падающий фотон поглощается, вызывая переход 1 2. Следует отметить, что а, 2 = 021, как показал Эйнщтейн еще в начале XX в. Это означает, что вероятности вынужденного излучения и поглощения равны друг другу. Поэтому в дальнейщем мы будем писать (Ti 2 = (Т21 = ст, понимая под а сечение данного перехода Число атомов в единице объема, находящихся на данном энергетическом уровне, будем называть населенностью этого уровня. [c.13]

Из представленного выше рассмотрения ясно, что генерация в С02-лазере может осуществляться на переходе либо (00° 1) (10 0) (Я =10,6 мкм), либо (00 Ч) (02 >0) (Я = 9,6 мкм). Поскольку сечение первого перехода больше, а верхний уровень один и тот же, генерация, как правило, происходит на переходе 00°1 10°0. Для получения генерации на линии 9,6 мкм в резонатор для подавления генерации на линии с наибольшим усилением помещается соответствующее частотно-селективное устройство (часто применяется система, изображенная на рис. 5.4,6). До сих пор в нашем обсуждении мы пренебрегали тем фактом, что как верхний, так и нижний лазерный уровни на самом деле состоят из многих близко расположенных вращательных уровней. Соответственно и лазерный переход может состоять из нескольких равноотстоящих колебательно-вращательных переходов, принадлежащих Р- или / -ветвям (см. рис. 2.28), причем Р-ветвь дает наибольшее лазерное усиление. Для полноты картины следует также учесть тот факт, что благодаря больцманов-скому распределению населенности между вращательными уровнями наибольшую населенность имеет вращательный уровень /" = 21 верхнего 00°1 состояния (рис. 6.16)На самом деле генерация фактически будет происходить на колебательно-вращательном переходе с наибольшим усилением, т. е. начинающемся с самого населенного уровня. Это происходит потому, что скорость термализации вращательных уровней в С02-лазере [ 10 с- -(мм рт. ст.)- ] больше, чем скорость уменьшения населенности (за счет спонтанного и вынужденного излучения) того вращательного уровня, с которого происходит лазерная генерация. Поэтому в генерации лазера на вращательном переходе с максимальным усилением будет принимать участие полная населенность всех вращательных уровней. Следовательно, подытоживая наше обсуждение, можно сказать, что генерация в СО2-лазере при нормальных условиях возникает на линии Р (22) [т. е. (/ = 21) (/" = 22)] перехода (00 1) (10 0). Другиели-нии того же самого перехода, а также линии, принадлежащие [c.365]

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]

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]

Соотношение (7.10 ) представляет собой закон сохранения энергии при стационарной генерации лазера. Действительно, левая часть уравнения (7.10 ), т. е. величина Р, представляет собой мощность накачки, необходимую для поддержания активного элемента в инверсном состоянии. Иначе говоря, это число возбуждений, которое создается накачкой в единицу времени. Правая же часть уравнения (первое слагаемое) (7.10 ) представляет собой полную мощность излучения (спонтанного и вынужденного), выделяющегося на потерях по всем модам системы и гибелы> возбужденных состояний в результате безызлучательных переходов (второе слагаемое). [c.53]

Лазерное охлаждение. Рассмотрим совокупность частиц, совершающих фононные переходы 1-2 с энергией перехода Ш вследствие наличия конечной температуры образца оптические переходы 2-3 с энергией 1гсоз2 и 1-3 с энергией 1и з вследствие спонтанных и вынужденных процессов при непрерывной накачке лазером на переходе 2-3 и импульсной накачке на переходе 1-3 (рис. 2.7). Образец должен находиться в оптическом криостате при температуре жидкого [c.95]

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]

Часть этой энергии преобразуется в тепловые колебания решетки благодаря механизму безызлучателъпой релаксации. Оставшаяся часть поглощенно энергии высвечивается в виде спонтанного и вынужденного излучения. При этом только вынужденные переходы, для которых выполняются условия когерентности, при-водят к усилению направленною потока фоюнов. Спонтанное же излучение направлено во все стороны. [c.258]

Шумы являются основным свойством любого источника сигнала. Первые исследования шумов в гомолазерах с широким контактом были проделаны Армстронгом и Смитом [187—189], а в полосковых гомолазерах — Паоли и Риппером [190]. Было найдено, что основным источником флуктуаций выходной мощности в непрерывном режиме является квантовый дробовой шум [190]. Источником дробового шума лазера являются беспорядочные спонтанные или вынужденные переходы. Общее теоретическое описание квантовых флуктуаций в лазерах было дано Мак-Камбером [191]. Его расчеты предсказывали появление максимумов в спектре шумов на релаксационных (пичко-вых) частотах (резонансах), обсуждавшихся в предыдущей части этого параграфа. Подробные расчеты Хауга [192] для полупроводникового лазера показали, -что и здесь получается такая же общая форма спектра шумов. [c.298]

Если квантовая система помещена в поле излучения с частотой V, близкой к пт (насколько должны быть близки частоты, мы вскоре увидим), то возможны два других радиационных процесса. Поле излучения может вызвать (или индуцировать) переход системы, находящейся в состоянии п ), в состояние т> с вероятностью В тр(г), где В,,т — коэффициент Эйнштейна для вынужденного излучения, а р(у)—спектральная плотность энергии поля излучения. Важным различием мсжд спонтанным и вынужденным излучением является то, что в последнем случае испутценное вынужденное излучение имеет тс же частоту, направление распространения и фазу, что и падающее излучение. Иными словами, индуцированный фотон идентичен падающему. [c.102]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...