ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Вынужденные переходы

Вынужденные переходы — это квантовые переходы частиц под действием внешнего элек­тромагнитного поля, частота которого совпадает или близка к частоте перехода. При этом возможны переходы с верхнего уровня 2 на нижний / и с нижнего на верхний. В первом случае под действием внешнего электромагнитного поля с частотой у31 происходит выну­жденное испускание кванта энергии. Особенность вынужденного испускания состоит в том, что появившийся фотон полностью идентичен фотону внешнего поля. Вынужденное излу­чение имеет такие же частоту, фазу, направление распространения и поляризацию, как и вынуждающее излучение. Поэтому вынужденное излучение увеличивает энергию электро­магнитного поля с частотой перехода у2ь Это служит предпосылкой для создания кванто­вых усилителей и генераторов.

Следует отметить, что на вынужденный переход с излучением энергии не затрачивается энергия внешнего поля, которое является лишь своеобразным стимулятором процесса. В противоположность этому для перевода частицы из нижнего энергетического состояния 1 в верхнее 2 необходимо затратить энергию внешнего поля, равную разности энергии верх­него и нижнего уровней: Е2-Ех - И2- Таким образом, при каждом вынужденном переходе снизу вверх затрачивается квант энергии внешнего поля Иу21.

Вынужденные переходы (как и спонтанные) имеют статистический характер. Поэтому вводятся вероятностные коэффициенты: Е21 — вероятность вынужденного перехода сверху вниз и £|2 — снизу вверх в 1 с. Эти вероятности пропорциональны объемной плотности энергии внешнего поля Пу в единичном спектральном интервале на частоте перехода и оп­ределяются соотношениями

Еп = В2,Пу; Еп = В12 Пу, (2.37)

Где В21 и 5,2 — коэффициенты Эйнштейна для вынужденных переходов с излучением и по­глощением энергии соответственно.

Коэффициенты В21 и В12 имеют смысл вероятностей вынужденных переходов в 1 с при единичной объемной плотности энергии внешнего поля (П„ = 1 Джсм_3с_|).

2- 3322

Число вынужденных переходов сверху вниз с излучением энергии в единицу времени в единице объема пропорционально вероятности £21 и населенности верхнего уровня N2: Ъ1=Е2хИ1=В21Т1^2. (2.38)

Аналогично при тех же условиях число вынужденных переходов снизу вверх с погло­щением энергии

^2 = Е11М1 = ВпП, М1. (2.39)