Процесс - вынужденное испускание
Cтраница 1
Процессы вынужденного испускания будут преобладать над встречными процессами резонансного поглощения, если обеспечена инверсия за-селенностей уровней частиц ( если верхние уровни заселены более плотно, чем нижние); в этом случае генерируется вынужденное излучение. Оно обладает более высокой когерентностью, нежели люминесцентное излучение. [1]
При процессах вынужденного испускания атомы или молекулы среды переходят с более высокого энергетического уровня на более низкий. Эти переходы стимулируются проходящим сквозь среду излучением и добавляются к спонтанным переходам. [2]
Проходя через систему двухуровневых атомов, свет будет вызывать процессы вынужденного испускания и поглощения, и в результате этих взаимодействий на выходе из активного вещества получим либо усиленный, либо ослабленный свет. Помимо вынужденных процессов излучения и поглощения возбужденные атомы могут спонтанно переходить в основное состояние. Мы, однако, будем предполагать, что промежуток времени, в течение которого происходит интересующий нас процесс усиления, настолько мал, что спонтанные процессы не успевают изменить инверсную населенность. Только для установившегося режима будут учтены эффекты, связанные со спонтанным излучением. Кроме того, нужно отметить, что спонтанное излучение не является направленным, в то время как лазерное излучение резко направлено. Поэтому влиянием спонтанных процессов на лазерное излучение практически можно всегда пренебречь. Правда, для возникновения вынужденного излучения и его усиления всегда необходим первый инициирующий квант, который может, в частности, появиться в результате спонтанного распада атома. [3]
Система с И.н. всегда усиливает излучение за счет преобладания процессов вынужденного испускания над процессами поглощения. [4]
По отношению к поглощению обратным процессом является не спонтанное испускание, а процесс вынужденного испускания, выражающийся в усилении пучка света, проходящего через среду. [5]
АКТИВНАЯ СРЕДА, вещество, способное усиливать электромагнитные волны определенной частоты в результате процессов вынужденного испускания. Такое состояние среды достигается созданием в ней инверсии населенности хотя бы для одной пары квантовых уровней энергии, между которыми разрешен квантовый переход. В этом случае процессы вынужденного испускания под действием резонансного электромагнитного излучения преобладают над процессами поглощения. В результате падающая на среду электромагнитная волна с частотой, равной частоте квантового перехода, усиливается. [6]
Прямым следствием бозонного характера статистики фотонов является вынужденное испускание излучения. Процесс вынужденного испускания способствует более плотному заселению фотонных состояний поля, взаимодействующего с атомами, в соответствии с тенденцией фотонов более охотно заполнять те состояния, которые сильнее заселены. Получается, что фотоны поля уже самим фактом своего присутствия вблизи атомов стимулируют рождение атомами новых фотонов. Новые фотоны рождаются в тех же квантовых состояниях, в которых находятся фотоны поля, инициирующие вынужденные переходы в атомах. [7]
Пренебрегая процессом вынужденного испускания, уравнение баланса ( см. также разд. [8]
Примером, когда такое предположение соблюдается, может служить тепловой излучатель. Аналогичное утверждение справедливо для процессов вынужденного испускания и поглощения при тепловом равновесии, если только это равновесие не будет существенно нарушенным именно вследствие рассматриваемых процессов излучения. При сделанных предположениях процессы однородного и неоднородного уширения действуют одинаковым образом, так что их нельзя непосредственно отличить друг от друга путем измерений. Если же рассматривать ансамбли под действием сильных полей излучения, то необходимо будет учесть неравновесные распределения, обусловленные взаимодействием с излучением. [10]
 |
Принципиальная схема квантового генератора. [11] |
Источником возникновения генерации в лазере является спонтанное излучение возбужденных активных частиц. Спонтанно испущенные кванты, проходя через активную среду, вызывают процессы вынужденного испускания, приводящие к когерентному усилению соответствующих этим квантам электромагнитных волн. При ограниченных поперечных размерах среды и зеркал резонатора максимально усиливаются кванты, распространяющиеся вдоль оптической оси. [12]
Таким образом, излучение активной среды всегда представляет собой смесь когерентной и некогерентной частей, соотношение между которыми зависит, в частности, от интенсивности внешнего поля. Последнее вполне ясно, так как атомы, принявшие участие в процессе вынужденного испускания, лишились энергии возбуждения, и, следовательно, не могут излучать спонтанно. Более детальный анализ показывает, что под влиянием вынужденных переходов изменяется не только полная интенсивность некогерентного спонтанного излучения, но и его спектральный состав. [13]
В термине оптический мазер находит отражение то обстоятельство, что создание и развитие этого нового устройства уходит корнями в СВЧ-радиофизику. И наконец, название лазер указывает на то, что в процессе вынужденного испускания рождается свет. Сейчас всем известно, что такое устройство необычайно широко применяется в науке и технике. Мы все время слышим о новых и новых его разновидностях и усовершенствованиях. Кроме того, квантовый генератор света, или лазер, оказался ярким примером процессов самоорганизации, когда система приобретает пространственную, временную или функциональную структуру без какого-либо специфического воздействия извне, и тем самым мы получили некий весьма интересный прототип биологических процессов. [14]
Однако для понимания свойств излучения оптических квантовых генераторов оказывается очень плодотворным микроскопическое описание, основанное на представлении о когерентности падающей волны и вторичных волн, испускаемых в результате вынужденных переходов. В частности, из приведенных рассуждений видно, что условие пространственной синфазности, обсуждавшееся в § 222 и необходимое для получения мощного направленного излучения от макроскопического источника, может осуществиться благодаря процессу вынужденного испускания. Но именно таким и будет положение, если вторичные волны s -, рассмотренные в § 222 ( см. рис. 40.2), возникают в результате вынужденного испускания под влиянием внешней световой волны: значения фазы этой волны в zlt гг ( точках расположения различных атомов) различаются на величину k ( zv - г), и вторичные волны оказываются сдвинутыми по начальной фазе относительно друг друга на ту же величину, взятую с обратным знаком, что и необходимо для их синфазного сложения в точке наблюдения. [15]
Страницы: 1 2