Физическая оптика

Из истории физической оптики

Цитаты из оригинальных работ Планка и Меймана.

Макс Планк “Об одном улучшении закона излучения Вина”. “Ин­тересные результаты, относящиеся к измерению длинноволновой части спек­тра излучения, о которых г-н Курльбаум сообщил на сегодняшнем заседании и которые были получены им и г-ном Рубенсом, убедительно подтверждают утверждение Луммера и Прингсхейма, основывающееся на их наблюдениях, что закон распределения энергии в спектре Вина справедлив не всегда, в от­личие от того, что представлялось многим вплоть до последнего времени; он скорее носит характер предельного случая, применимого в простой форме лишь в области коротких длин волн и низких температур[26]. Поскольку сам я на засе­даниях этого общества высказал ту точку зрения, что закон Вина необходимо должен быть справедлив, мне, быть может, будет позволено пояснить соотно­шение между электромагнитной теорией излучения, развитой мною, и экспе­риментальными данными.

В соответствии с этой теорией закон распределения энергии излучения опре­делен постольку, поскольку известна зависимость энтропии S линейного резо­натора, взаимодействующего с излучением, от колебательной энергии U. В моей последней работе по этому вопросу[27] я, однако, установил, что закон возра­стания энтропии сам по себе еще недостаточен для полного определения этой функции. Моя точка зрения о том, что закон Вина существенно ограничен, основывалась на соображениях, вытекающих из оценки бесконечно малого воз­растания энтропии системы п одинаковых резонаторов в стационарном поле из­лучения, которую я произвел двумя различными методами и которая привела к уравнению

dUnAUnf{Un) = ndUAUf(U),

где

Un = nU и =

Отсюда выражение закона Вина принимает вид

ш= const/С/.

Выражение, стоящее в правой части этого функционального уравнения, и есть упомянутое выше изменение энтропии, поскольку п одинаковых процес­сов протекают независимо друг от друга, и изменения их энтропии поэтому должны просто складываться. Я смог рассмотреть, однако, еще одну возмож­ность, хотя ее и не так легко себе представить и, во всяком случае, трудно проверить. А именно, было показано, что выражение, стоящее в левой части вышеприведенной формулы, не имеет того общего значения, которое я с ним

связывал ранее; иначе говоря, что величины £/„, dUn, AUn сами по себе не­существенны для определения рассматриваемого изменения энтропии, но что для этого необходимо знать значение самой энергии U. В связи с этим я в кон­це концов приступил к построению полностью произвольных уравнений для энтропии, которые, хотя и выглядели более сложными, чем формула Вина, все же представлялись удовлетворяющими всем требованиям термодинамики и электромагнитной теории.

Особенно привлекательно одно из построенных мною выражений, которое почти так же просто, как и формула Вина, и заслуживает рассмотрения, по­скольку эта формула недостаточна для того, чтобы охватить всю область на­блюдаемых величин. Мы получим это выражение, полагая[28]

cPS а

dU2 ~ U + U) ‘

Это самое простое из всех соотношений, которые приводят к выражению S как логарифмической функции U, получается из вероятностных соображений и, кроме того, для малых значений (3 дает формулу Вина. Используя

dS_ _ 1 dU~ Т

и закон смещения Вина[29], получим формулу, содержащую две константы:

Р_ СА-[30] ес/ЛТ _ 1 ’

Эта формула, насколько я могу сейчас судить, соответствует эксперимен­тальным данным, опубликованным к настоящему времени, в той же мере удо­влетворительно, как и лучшие выражения, а именно данные Тизеном5, Лум - мером и Янке[31] и Луммером и Прингсхеймом[32]. Это будет проиллюстрировано некоторыми численными примерами.

Поэтому я полагаю возможным обратить ваше внимание на приведенную новую формулу, которую я считаю наипростейшей (не считая формулы Ви­на) — с точки зрения электромагнитной теории излучения.”

Теодор Мейман. “Вынужденное оптическое излучение в руби­не” . “Шавлов и Таунс[33] предложили способ генерации очень монохроматично­го излучения в ближней инфракрасной области спектра путем использования паров щелочных металлов в качестве активной среды. Джаван[34] и Сандерс[35]

я

О

с*э

О

а

О)

а

О

Рис. Д11.1. Схема энергетических уровней ионов хрома в корунде, показывающая рассматриваемый процесс

ъ)

J_Li

І ПІ I

I

111111111

б)

6950

Hi

6925 R3

Длина волны (Л)

Рис. ДІЇ.2. Спектр испускания рубина. Возбуждение низкой мощности (а), возбужде­ние высокой мощности (б)

обсудили предложения использовать электронно возбужденные газовые систе­мы. В нашей лаборатории метод оптической накачки был применен для флуо­ресцентного твердого тела, что позволило достичь отрицательных абсолютных температур и вынужденного оптического излучения на длине волны 6943 А; в качестве активного материала использовался рубин (хром в корунде).

Упрощенная схема энергетических уровней для трехкратно ионизованного хрома в этом кристалле показана на рис. Д11.1. Когда этот материал облучает­ся светом с длиной волны около 5500 А, ионы хрома возбуждаются в состояние 4F2, и затем быстро теряют часть энергии возбуждения в процессе безызлуна­тельного перехода в состояние 2Е [36]. Это состояние затем медленно распада­ется за счет спонтанного излучения дублета узких спектральных линий, кото­рые при температуре 300 К имеют длины волн 6943 А и 6929 А (рис. Д11.2, о). В случае очень интенсивного возбуждения населенность этого метастабиль - ного состояния (2Е) может превысить населенность основного состояния; это есть условие возникновения отрицательной абсолютной температуры и, следо­вательно, усиления света за счет вынужденного излучения.

Для демонстрации описанного выше эффекта кристалл рубина размером в 1 сантиметр, покрытый на двух параллельных торцах серебром, облучался мощной лампой-вспышкой; спектр испускания, полученный при этих условиях, показан на рис. Д11.2,б. Эти результаты можно объяснить тем, что достига­ются отрицательные абсолютные температуры, и имеет место регенеративное усиление. Я ожидаю, в принципе, значительно большего (~ 108) сужения спек­тральной линии при использовании техники селекции мод[37].”

Физическая оптика

Из истории физической оптики

Цитаты из оригинальных работ Франкена, Бломбергена, Ахманова, Хохлова. Питер Франкен. Генерация второй оптической гармоники. Развитие импульсных рубиновых оптических мазеров1,2 сделало возможным получение монохроматических (6943 А) световых пучков, которые при фокусировке …

Нелинейная пространственная динамика световых полей

Самоорганизация светового поля в нелинейных системах с обратной связью. Оптическая синергетика. Оптическое моделирование нейронных сетей. В течение длительного времени в нелинейной оптике исследовались про­блемы временной динамики светового поля. При этом …

Оптика фемтосекундных лазерных импульсов

Предельно короткие импульсы света и сверхсильные световые поля. Генера­ция фемтосекундных световых импульсов. Новое поколение твердотельных фемтосекундных лазеров. Фемтосекундные технологии. Фемтосекундные ла­зерные импульсы в спектроскопии. Управление амплитудой и фазой молеку­лярных колебаний …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.