Безызлучательная релаксация
Cтраница 1
Безызлучательная релаксация не всегда происходит посредством столкновений. [1]
 |
Спектры люминесценции ( а и поглощения ( б ионов Nd3 в силикатном стекле ГЛС-I ( штриховые линии и в фосфатном стекле КГСС-0102 ( сплошные. [2] |
Скорость безызлучательной релаксации верхних уровней иона Nd3 на метастабильный уровень 4F3 / 2 в стеклах порядка 108 - 10 с 1 [7], квантовый выход возбуждения на уровень Fз / а с более высоких уровней в стеклах практически равен единице. [3]
Особые механизмы безызлучательной релаксации имеют место в полупроводниках. Следует заметить, что при достаточно высоких концентрациях свободных носителей может также происходить и прямая рекомбинация свободных электронов и дырок. Для всех перечисленных выше случаев, за исключением прямой рекомбинации, релаксация носителей описывается экспоненциальным законом. В случае прямой рекомбинации следует ожидать, что вероятность перехода будет пропорциональна концентрации свободных носителей, а это и приводит к неэкспоненциальной релаксации. [4]
Для определения длительности безызлучательной релаксации необходимы точные сведения о потенциалах взаимодействия и структуре энергетических уровней всех молекул данной системы. Действительно, часто энергия может преобразовываться во внутреннюю энергию молекул. Поэтому мы не будем заниматься формальной процедурой определения времени релаксации, а ограничимся замечанием, что оно весьма чувствительно к молекулярному окружению. [5]
Для начала опишем связанный с нсупругнми столкновениями процесс безызлучательной релаксации, иногда называемый столкновительным опустошением. [6]
Стационарный баланс устанавливается в результате поглощения света свободными носителями, безызлучательной релаксации и теплового энергообмена, происходящего с излучением, между кристаллом в вакууме и стенками термостата, имеющего более высокую температуру TQ. Итогом этого теплового цикла является охлаждение тела, с одной стороны, и преобразование монохроматического лазерного излучения в широкополосное спонтанное излучение, вследствие чего, как было показано в 1.2, его энтропия возрастает. Из вышесказанного видно, что степень охлаждения полупроводника должна определяться эффективностью механизма решеточной релаксации носителей заряда при низких температурах. [7]
Помимо релаксации путем испускания излучения возбужденные частицы могут также испытывать безызлучательную релаксацию. Эта релаксация может осуществляться большим количеством различных способов, причем аналитическое описание соответствующих физических явлений зачастую весьма сложно. [8]
Эти полосы связаны быстрой ( - 10 - 7 с) безызлучательной релаксацией с уровнем 4F3 / 2, откуда идет релаксация на нижние уровни ( а именно 4 / 9 / 2, 4 / п / 2 и 4 / i3 / 2); этот последний уровень не показан на рис. 6.2. Однако скорость релаксации намного меньше ( г ж ( у 0 23 мс), поскольку переход запрещен в приближении элек-тродипольного взаимодействия ( правило отбора для электроди-нольно разрешенных переходов имеет вид А / 0 или 1) и поскольку безызлучательная релаксация идет медленно вследствие большого энергетического зазора между уровнем 4F3 / 2 и ближайшим к нему нижним уровнем. Это означает, что уровень 4F3 / 2 запасет большую долю энергии накачки и поэтому хорошо подходит на роль верхнего лазерного уровня. Отсюда следует, что тепловое равновесие между этими двумя уровнями устанавливается очень быстро и согласно статистике Больцмана уровень 4 / ц / 2 в хорошем приближении можно считать практически пустым. Таким образом, этот уровень может быть прекрасным кандидатом на роль нижнего лазерного уровня. [9]
На первом этапе возникновения нелинейных изменений происходит поглощение средой энергии излучения с последующей безызлучательной релаксацией, приводящей к повышению температуры среды. Повышение температуры ведет к увеличению энергии колебательных, вращательных и поступательных степеней свободы, что, в свою очередь, вызывает изменение поляризуемости среды, а редовательно, и ее показателя преломления. Это изменение наступает через время, в течение которого происходит безызлучательная релаксация возбуждения. Этот отрезок времени весьма мал ( 10 - 10 - 10 - 13 с), и на его протяжении в среде не успевают произойти никакие макроскопические механические процессы, в частности элементарный объем сохраняется. [10]
S, с сечением - 10 - 17 сма и вероятностью 107 - 108 с 1) и опять быстрая безызлучательная релаксация вниз по колебат. [12]
Электронно-возбужденный атом должен терять свою энергию либо путем испускания излучения, либо путем столкнови-тельной релаксации: химическое разложение его невозможно, а безызлучательная релаксация, приводящая к увеличению энергии поступательного движения, крайне маловероятна. Поэтому можно ожидать, что при достаточно низких давлениях флуоресцируют все атомы. Однако многие молекулы либо не флуоресцируют, либо флуоресцируют слабо, даже в том случае, когда не протекают бимолекулярные реакции или физические процессы дезактивации. Можно предложить следующие общие принципы, определяющие, будет ли молекула сильно флуоресцировать. [13]
Эти полосы связаны быстрой ( - 10 - 7 с) безызлучательной релаксацией с уровнем 4F3 / 2, откуда идет релаксация на нижние уровни ( а именно 4 / 9 / 2, 4 / п / 2 и 4 / i3 / 2); этот последний уровень не показан на рис. 6.2. Однако скорость релаксации намного меньше ( г ж ( у 0 23 мс), поскольку переход запрещен в приближении элек-тродипольного взаимодействия ( правило отбора для электроди-нольно разрешенных переходов имеет вид А / 0 или 1) и поскольку безызлучательная релаксация идет медленно вследствие большого энергетического зазора между уровнем 4F3 / 2 и ближайшим к нему нижним уровнем. Это означает, что уровень 4F3 / 2 запасет большую долю энергии накачки и поэтому хорошо подходит на роль верхнего лазерного уровня. Отсюда следует, что тепловое равновесие между этими двумя уровнями устанавливается очень быстро и согласно статистике Больцмана уровень 4 / ц / 2 в хорошем приближении можно считать практически пустым. Таким образом, этот уровень может быть прекрасным кандидатом на роль нижнего лазерного уровня. [14]
Из приведенного выше рассмотрения вполне разумно ожидать, что лазеры, в которых используются красители, могут генерировать на длинах волн в области спектра флуоресценции. Действительно, быстрая безызлучательная релаксация внутри возбужденного синглетного состояния S приводит к очень эффективному заселению верхнего лазерного уровня, а быстрая релаксация внутри основного состояния - к эффективному обеднению нижнего лазерного уровня. Фактически же первый лазер на красителях был запущен поздно ( в 1966 г.) [24, 25] относительно времени, с которого началось общее развитие лазерных устройств. Рассмотрим некоторые причины этого. Хотя такой недостаток частично компенсируется большой величиной сечения перехода, произведение тт [ напомним, что пороговая мощность накачки пропорциональна ( от) 1; см. (5.35) ] все же остается примерно на три порядка величины меньше, чем для твердотельных лазеров, таких, как Nd: YAG. Вторая трудность обусловлена синглет-триплетной конверсией. [15]
Страницы: 1 2 3