Cтраница 4
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. [46]
В действительности наблюдается ионизация ультрафиолетовыми лучами почти всех газов. Это объясняется, во-первых, ступенчатой фотоионизацией, когда фотоны сначала возбуждают молекулы газа, а затем новые фотоны переводят их в ионизированное состояние; во-вторых, при наличии в газе взвешенных посторонних частиц ( пыль, туман) электроны освобождаются не только из молекул газа, но и с поверхности этих частиц, для чего требуется значительно меньшая энергия. [47]
Самопроизвольное испускание в определенной степени происходит в любых условиях. При надлежащих условиях оно может сыграть роль излучения, которое стимулирует вынужденное испускание. Самопроизвольно испускаемый фотон стимулирует испускание других фотонов, каждый из которых в свою очередь стимулирует испукание новых фотонов, и в результате происходит каскадный эффект. Чтобы получить значительное усиление, требуется создать достаточно длинный оптический путь. С этой целью пригодное для лазерной генерации вещество помещают в отражательную полость. Расстояние между зеркалами может быть тщательно подобрано таким образом, чтобы усиление осуществлялось только для одной частоты из ряда частот, возможных для различных энергетических уровней. На практике зеркала, между которыми помещается лазерное вещество, могут образовывать интерферометр. [48]
Существование фотонов подтверждается огромным экспериментальным материалом, соответственно подтверждается и формула связи энергии и импульса фотона - ( S. Фотон, как и всякая другая элементарная частица, неделймГ своеобразие же его заключается - в том, что его энергия и импульс строго определенны. Таким образом, всякое взаимодействие фотона с электрТйеайЙ заряженными частицами есть его поглощение или испускание; изменение параметров фотона при взаимодействии означает образование нового фотона с поглощением старого. [49]
Таким образом, пучок при дифракции сдвигается по частоте на величину, равную частоте звука. Поскольку при таком взаимодействии происходит аннигиляция фонона, закон сохранения энергии означает, что сдвиг частоты оказывается таким, что со со и энергия фонона суммируется с энергией аннигилирующего фотона, а это приводит к образованию нового фотона. Из такого рассмотрения следует, что если направление звуковой волны на рис. 9.2 изменить на противоположное так, чтобы падающая световая волна догоняла звук, то процесс рассеяния можно рассматривать как генерацию нового фотона ( дифрагированного фотона) и нового фотона, в то время как падающий фотон аннигилирует. [50]
Таким образом, пучок при дифракции сдвигается по частоте на величину, равную частоте звука. Поскольку при таком взаимодействии происходит аннигиляция фонона, закон сохранения энергии означает, что сдвиг частоты оказывается таким, что со со и энергия фонона суммируется с энергией аннигилирующего фотона, а это приводит к образованию нового фотона. Из такого рассмотрения следует, что если направление звуковой волны на рис. 9.2 изменить на противоположное так, чтобы падающая световая волна догоняла звук, то процесс рассеяния можно рассматривать как генерацию нового фотона ( дифрагированного фотона) и нового фотона, в то время как падающий фотон аннигилирует. [51]
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. [52]
Слагаемое (9.29) описывает вероятность спонтанного, а слагаемое (9.30) - индуцированного испускания света. В случае спонтанного испускания переходы в веществе ( точнее, в атомах-излучателях) самопроизвольны; они взаимно не связаны и не зависят от внешнего излучения. В отличие от спонтанного индуцированное испускание зависит от наличия уже имеющихся - вблизи излучателя фотонов - чем больше этих фотонов, тем более вероятно индуцированное испускание. Получается, что в силу своей бозонности фотоны как бы вытягивают из вещества новые фотоны, а точнее: стимулируют - в веществе переходы, приводящие к испусканию новых фотонов. Подчеркнем, что стимулированный фотон рождается в том же состоянии, в каком находился стимулирующий фотон. [53]