ВЫНУЖДЕННЫЕ ПЕРЕХОДЫ
Учитывая приведенное выше рассмотрение, переходы между уровнями энергии можно разделить на три типа: ■ переходы между двумя колебательно-вращательными уровнями различных электронных состояний, называемые вибронными переходами (сокращение от вибрационный и электронный); …
ЗАСЕЛЕНИЕ УРОВНЕЙ ПРИ ТЕПЛОВОМ РАВНОВЕСИИ
При тепловом равновесии населенность М(Ее, ЕиУ Ег) колебательно-вращательного уровня, относящегося к данному электронному состоянию, может быть представлена в виде ЩЕе, Е„, Ег) ос ад„£гехр {-(Ее + Е„ + Ег)/кТ), (3.1.8) …
УРОВНИ ЭНЕРГИИ
В общем случае полная энергия любой молекулы является суммой четырех вкладов: (1) электронной энергии Ее определяемой движением электронов вокруг ядер; (2) колебательной энергии Еу, обусловленной колебаниями ядер; (3) вращательной энергии …
МОЛЕКУЛЫ
Рассмотрим вначале уровни энергии, а также излучатель - ные и безызлучательные переходы в молекулах, ограничив рассмотрение качественным описанием их характеристик, существенных для правильного понимания лазерных свойств таких активных сред, как …
УСИЛЕННОЕ СПОНТАННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Если доля атомов, находящихся в возбужденном состоянии, достаточно велика, и среда снова является оптически плотной, то весьма существенную роль может играть так называемое усиленное спонтанное излучение (УСИ, англ. amplified spontaneous …
ЗАХВАТ ИЗЛУЧЕНИЯ
Если доля атомов, находящихся в возбужденном состоянии, очень мала и среда является оптически плотной, то важную роль может играть явление, называемое захватом, или пленением, излучения. В рассматриваемой ситуации фотон, спонтанно …
ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ В ОПТИЧЕСКИ ПЛОТНОЙ СРЕДЕ
В разделе 2.3 расматривалось спонтанное излучение при переходах оди - ночного атома или иона. В реальной ситуации атом окружен множеством других атомов, некоторые из которых находятся в основном, а некоторые …
НАСЫЩЕНИЕ УСИЛЕНИЯ: ОДНОРОДНО УШИРЕННАЯ ЛИНИЯ
Рассмотрим теперь случай, когда при переходах между уровнями 1 и 2 в итоге происходит усиление, а не поглощение излучения. Будем считать, что среда представляет собой четырехуровневую систему (см. рис. 2.20), …
НАСЫЩЕНИЕ ПОГЛОЩЕНИЯ: ОДНОРОДНО УШИРЕННАЯ ЛИНИЯ
Рассмотрим вначале переход с поглощением (А^ > И2) и предположим, что линия этого перехода уширена однородно. Скорость изменения населенности верхнего уровня N2 за счет происходящих одновременно процессов поглощения и вынужденного …
НАСЫЩЕНИЕ
В данном разделе рассматриваются изменения параметров перехода с поглощением или испусканием излучения (на частоте у0) в присутствии мощной электромагнитной волны с интенсивностью I и частотой V = у0. Для простоты …
СИЛЬНОСВЯЗАННЫЕ ПОДУРОВНИ
Обратимся теперь к случаю, когда верхний уровень 2 и нижний уровень 1 в действительности состоят соответственно из g2 и gt подуровней, уже с разными энергиями, но по-прежнему с очень быстрой …
РОЖДЕННЫЕ ПОДУРОВНИ
Обратимся вначале к случаю вырожденных уровней и начнем с рассмотрения ситуации теплового равновесия. В этом случае населенность каждого из подуровней как верхнего, так и нижнего уровней, подчиняется обычному соотношению Больцмана; …
УРОВНИ С ВЫРОЖДЕННЫМИ ИЛИ СИЛЬНОСВЯЗАННЫМИ ПОДУРОВНЯМИ
До сих пор рассматривался только простейший случай, когда оба уровня 1 и 2 являются невырожденными. Обсудим теперь кратко ситуацию, когда каждый из этих уровней представляет собой группу из нескольких вырожденных …
СОВМЕСТНЫЕ ПРОЯВЛЕНИЯ СПОНТАННЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЬНЫХ И БЕЗЫЗЛУЧАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ
Рассмотрим вначале случай, когда процесс безызлучательной дезактивации может быть описан уравнением общего вида (2.6.4). Если принять во внимание как спонтанные излучательные, так и безызлучательные переходы, то для зависящей от времени …
СТОЛКНОВИТЕЛЬНАЯ ДЕЗАКТИВАЦИЯ
Процесс столкновительной дезактивации [12], в котором энергия возбужденной частицы В* выделяется в виде кинетической энергии сталкивающейся с ней частицы А, может быть представлен в виде реакции: Б*+А->Б+А + АЯ, (2.6.1) …
БЕЗЫЗЛУЧАТЕЛЬНЫЕ ПЕРЕХОДЫ И ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ
Вдобавок к спонтанным излучательным переходам, которые сопровождаются потерей внутренней энергии за счет излучения, возбужденные частицы могут также совершать и безызлучательные переходы. В этих случаях энергия возбуждения преобразуется в кинетическую, колебательную …
НЕОДНОРОДНОЕ УШИРЕНИЕ
Рассмотрим теперь некоторые механизмы, под действием которых уши - рение контура линии возникает в результате распределения резонансных частот атомов (неоднородное уширение). В качестве первого примера неоднородного уширения рассмотрим ситуацию с …
ОДНОРОДНОЕ УШИРЕНИЕ
Первый из рассматриваемых механизмов однородного уширения линий связан со столкновениями и называется столкновительным уширением. В газах он реализуется при столкновениях атома с другими атомами, ионами, свободными электронами и т. д., …
МЕХАНИЗМЫ УШИРЕНИЯ ЛИНИЙ
В этом разделе различные физические механизмы уширения спектральных линий, которые уже упоминались в предыдущих разделах, рассматриваются более детально. В соответствии с предшествующим изложением необходимо с самого начала подчеркнуть существенное различие …
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЭЙНШТЕЙНА
В данном разделе рассмотрим описание спонтанных и вынужденных переходов (поглощения и излучения), которое было предложенно Эйнштейном [9]. В этом описании впервые сформулировано понятие вынужденного излучения, а также задолго до того, …
СЕЧЕНИЕ И КОЭФФИЦИЕНТЫ ПОГЛОЩЕНИЯ И УСИЛЕНИЯ ДЛЯ ПЕРЕХОДА
В разделе 2.4.1 вероятность вынужденного излучательного перехода была рассчитана для случая взаимодействия падающей электромагнитной волны с одиночным атомом, ширина контура линии перехода в котором определяется некоторым механизмом уширения. Рассмотрим теперь …
РАЗРЕШЕННЫЕ И ЗАПРЕЩЕННЫЕ ПЕРЕХОДЫ
Соотношения (2.4.13) и (2.3.19) показывают, что вероятности вынужденных Wsa и спонтанного А излучательных переходов пропорциональны величине М2. Это означает, что как вынужденные, так и спонтанные переходы должны подчиняться одним и …
ВЕРОЯТНОСТИ ПОГЛОЩЕНИЯ И ВЫНУЖДЕННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Рассмотрим случай поглощения и предположим, что при t ^ 0 на атом падает монохроматическая электромагнитная волна, так что волновая функция атома описывается соотношением (2.3.2) при начальных условиях |а!(0)|2 = 1 …
ПОГЛОЩЕНИЕ И ВЫНУЖДЕННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
В данном разделе рассмотрим более детально процессы поглощения и вынужденного излучения, происходящие в двухуровневой системе, для случая, когда с монохроматической электромагнитной волной взаимодействует одиночный атом. В частности, целью такого рассмотрения …
РАЗРЕШЕННЫЕ И ЗАПРЕЩЕННЫЕ ПЕРЕХОДЫ
Из выражения (2.3.19) видно, что для того, чтобы выполнялось условие Аф 0, необходимо, чтобы |ц| Ф 0. В этом случае спонтанное излучение обусловлено мощностью, излучаемой электрическим диполем атома, и говорят, …
КВАНТОВО-ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ПОДХОД
Хотя рассмотрение квантово-электродинамического подхода к описанию явления спонтанного излучения и выходит за рамки данной книги, целесообразно, тем не менее, привести некоторые конечные результаты применения такого подхода и сравнить их с …
ПОЛУКЛАССИЧЕСКИЙ ПОДХОД
Предположим, что некоторый атом, первоначально находившийся в возбужденном состоянии 2 с энергией Е2, переходит, со спонтанным излучением, в состояние 1 с энергией Ег (см. рис. 1. 1а). Полагая, что оба …
СПОНТАННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
На первом этапе описания процесса спонтанного излучения будем использовать полуклассический подход, при котором атомы считаются квантовыми объектами (т. е. описываются квантовомеханически), а поля представляются классическим образом (т. е. описываются уравнениями …
МОДЫ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ПОЛОСТИ
Рассмотрим полость прямоугольной формы, показанную на рис. 2.1. Для расчета функции ру определим вначале типы стоячих волн электромагнитного поля, которые могут существовать в данной полости. В соответствии с уравнениями Максвелла, …
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИЗЛУЧЕНИЯ ЧЕРНОГО ТЕЛА
Рассмотрим замкнутую полость произвольной формы и предположим, что в одной из ее стенок проделано очень маленькое отверстие. Энергия светового пучка, проходящего через это отверстие в полость, будет распределяться внутри Нее, …
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ С АТОМАМИ И ИОНАМИ
Данная глава посвящена взаимодействию излучения с атомами и ионами, которые слабо взаимодействуют с окружением, такими, как атомы или ионы, находящиеся в газовой фазе, или примесные ионы в ионных кристаллах. Более …
ТИПЫ ЛАЗЕРОВ
Различные типы лазеров, созданные к настоящему времени, демонстрируют широкий спектр физических и рабочих характеристик. Действительно, если лазеры классифицируют по физическому состоянию активной среды, то их называют твердотельными, жидкостными или газовыми …
МАЛАЯ ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ИМПУЛЬСОВ
Не вдаваясь пока в детали, отметим, что применяя специальную технику, которая называется синхронизацией мод, оказывается возможным генерировать импульсы света, длительность которых примерно равна обратной ширине линии лазерного перехода 2 -» …
ЯРКОСТЬ
Определим яркость данного источника электромагнитных волн как мощность излучения, испускаемого с единицы поверхности источника в единичный телесный угол. Точнее, рассмотрим элемент dS площади поверхности источника в точке О (рис. 1.9а). …
НАПРАВЛЕННОСТЬ
Это свойство является простым следствием того, что активную среду помещают в резонатор. Например, в случае плоскопараллельного резонатора, изображенного на рис. 1.3, только волны, распространяющиеся в направлении, перпендикулярном к плоскостям зеркал …
