Cтраница 4
Для контроля чистоты необходимы особо чувствительные методы анализа. Применение методов ультрамикроанализа позволяет осуществить мечту аналитиков - обнаружение отдельных атомов в матрице вещества. Одним из таких методов является лазерная спектроскопия. Вещество испаряют и атомы селективно возбуждают действием лазерного излучения в узкой области частот. Возбужденный атом затем ионизируется вторичными фотонами. Число испускаемых при этом свободных электронов фиксируют пропорциональным счетчиком. [46]
Наличие примесей в ионных кристаллах сообщает им иногда новые свойства. Так, кристалл хлористого кальция с примесью таллия поглощает энергию при некоторой характеристической частоте облучения, но испускает ее вновь уже на другой частоте. Вторичное излучение, называемое люминесценцией, происходит тогда, когда концентрация ионов таллия незначительна. При этом ион таллия возбуждается фотоном, а это изменяет его истинный размер в кристалле, что меняет положение соседних ионов в кристалле. Все это ведет к испусканию вторичного фотона, частота которого будет меньше частоты поглощенного ( первичного) фотона. Время, необходимое для того, чтобы возбужденный ион примеси мог испустить вторичный фотон, зависит от природы примеси. Если вторичное излучение происходит непосредственно при облучении ( в течение времени обычного испускания света), то процесс называется флюоресценцией. Часто вторичное излучение происходит с задержкой, измеряемой секундами, минутами или даже часами. Тогда его называют фосфоресценцией. [47]
Эйнштейн для объяснения наблюдавшегося на опыте термодинамического равновесия между веществом и испускаемым и поглощаемым им излучением постулировал, что помимо поглощения и спонтанного излучения должен существовать третий, качественно иной тип взаимодействия. Если на атом, находящийся в возбужденном состоянии 2, действует внешнее излучение с частотой, удовлетворяющей условии. При подобном переходе происходит излучение атомом фотона дополнительно к тому фотону, под действием которого произошел переход. Возникающее в результате таких переходов излучение называется вынужденным ( индуцированным) излучением. Таким образом, в процесс вынужденного излучения вовлечены два фотона: первичный фотон, вызывающий испускание и ( лучения воз бужденным атомом, и вторичный фотон, испущенный атомом. Существенно, что вторичные фотоны неотличимы от первичных, являясь точной их копией. [48]
Эйнштейн для объяснения наблюдавшегося на опыте термодинамического равновесия между веществом и испускаемым и поглощаемым им излучением постулировал, что помимо поглощения и спонтанного излучения должен существовать третий, качественно иной тип взаимодействия. Если на атом, находящийся в возбужденном состоянии 2, действует внешнее излучение с частотой, удовлетворяющей условии. При подобном переходе происходит излучение атомом фотона дополнительно к тому фотону, под действием которого произошел переход. Возникающее в результате таких переходов излучение называется вынужденным ( индуцированным) излучением. Таким образом, в процесс вынужденного излучения вовлечены два фотона: первичный фотон, вызывающий испускание и ( лучения воз бужденным атомом, и вторичный фотон, испущенный атомом. Существенно, что вторичные фотоны неотличимы от первичных, являясь точной их копией. [49]
Наличие примесей в ионных кристаллах сообщает им иногда новые свойства. Так, кристалл хлористого кальция с примесью таллия поглощает энергию при некоторой характеристической частоте облучения, но испускает ее вновь уже на другой частоте. Вторичное излучение, называемое люминесценцией, происходит тогда, когда концентрация ионов таллия незначительна. При этом ион таллия возбуждается фотоном, а это изменяет его истинный размер в кристалле, что меняет положение соседних ионов в кристалле. Все это ведет к испусканию вторичного фотона, частота которого будет меньше частоты поглощенного ( первичного) фотона. Время, необходимое для того, чтобы возбужденный ион примеси мог испустить вторичный фотон, зависит от природы примеси. Если вторичное излучение происходит непосредственно при облучении ( в течение времени обычного испускания света), то процесс называется флюоресценцией. Часто вторичное излучение происходит с задержкой, измеряемой секундами, минутами или даже часами. Тогда его называют фосфоресценцией. [50]
Лазерный диод ( полупроводниковый лазер) - полупроводниковый источник монохроматического ( с одной длиной волны) когерентного излучения, которое возникает в области электронно-дырочного перехода специальным образом изготовленного полупроводникового диода при пропускании через него прямого тока. Излучением света сопровождается возврат предварительно возбужденных атомов полупроводника в состояние с более низкой энергией. Возбуждение атомов в обедненном слое производится пропусканием прямого тока, который, вызывая ипжекцию электронов в р - - переход, увеличивает их энергию и накачивает электроны в зону проводимости. Переход электронов из зоны проводимости в валентную зону, представляющий собой не ч го иное как рекомбинацию пар электрон-дырка, сопровождается высвобождением квантов энергии, соответствующих ширине запрещенной зоны, в форме фотонов. Такие переходы электронов называются излучательными, Для того чтобы создаваемый излучательными переходами свет был когерентным, необходимы высокое совершенство структуры р - - перехода и идеальная гладкость и параллельность перпендикулярных плоскости р - / г-перехода граней кристалла. Тогда связанная с одним фотоном световая волна распространяется внутри обедненного слоя без затухания и многократно отражается от ограничивающих его зеркальных граней. Такая волна стимулирует целую лавину вторичных излу-чательных переходов, которые возникают вследствие своеобразного резонансного отклика возбужденных атомов па инициирующий фотон. При этом вторичные фотоны имеют ту же самую длину волны и фазу, что и первичный фотон. [51]