Cтраница 2
Относительные вероятности некоторых первичных процессов Hg ( 3Pi) сильно зависят от окружения возбужденных атомов. Это соответствует времени жизни ( т ilk) 1 1 - 10 - 7 сек для изолированного атома Hg ( 3Pi) [12], которое примерно в сто раз больше, чем время испускания нормальной флуоресценции, Hg ( 1 i) - Hg ( 16 0) fo ( 1849 А) с т 1 3 - К) - сек. Относительно большое время жизни состояния Hg ( 3Pi) отражает запрещенную природу внутримолекулярной триплет-синглетной конверсии. [16]
Прохождение ионизирующей частицы через такой газ приводит к возбуждению атомов и последующему испусканию ими характеристического излучения, преимущественно в фиолетовой области спектра. Так как это излучение содержит много длин волн, соответствующих переходам между сильно возбужденными состояниями, то его поглощение при прохождении через газ, атомы которого почти все находятся в основном состоянии, невелико. Время испускания соответствует времени жизни для излучения фотонов в ультрафиолетовой области и имеет порядок от 10 - 9 до 10 - 8 сек. Число испускаемых фотонов спадает со временем приблизительно по экспоненциальному закону. [17]
Главное при этом - большие значения углов пролета электронов в этом пространстве. При больших углах физические явления, определяющие влияние объемного заряда на флуктуации электронного потока, не будут протекать так, как указывалось на стр. Между моментами времени испускания электронов и изменения объемного заряда и вызванного последним изменения абсолютного значения минимума потенциала при больших углах пролета может пройти значительная часть периода. При этом механизм подавления флуктуации объемным зарядом нарушается. Кроме того, рассматривая флуктуации скоростей электронов, выходящих из катода, как скоростную модуляцию, следует ожидать появления дополнительной шумовой составляющей электронного потока в результате эффекта группирования в тормозящем поле между катодом и минимумом потенциала, где большие углы пролета могут сделать этот эффект значительным. Отметим, что такое дополнительное образование шумового тока за счет группирования было описано еще в [9], где оно было названо клистронным шумом. [18]
Попросите класс решить, какой из учащихся должен передвинуться ( и каким образом), чтобы оставить точку пересечения импульсов в центре даже в том случае, если один учащийся посылает свой импульс позднее, чем другой. Удостоверьтесь в том, что учащиеся понимают связь между точкой пересечения, разницей во времени испускания двух импульсов и двумя длинами путей. [19]
В § 14 указывалось, что волны, испускаемые атомами, сохраняют регулярность лишь в течение ограниченного интервала времени. Другими словами, в течение этого интервала времени амплитуда и фаза колебаний приблизительно постоянны, тогда как за больший промежуток времени и фаза, и амплитуда существенно изменяются. Часть последовательности колебаний, на протяжении которой сохраняется их регулярность, называется цугом волн или волновым цугом. Время испускания цуга волн называется длительностью цуга или временем когерентности. Пространственная протяженность цуга L ( длина цуга волн) и время когерентности Т связаны очевидным соотношением L - Тс, где с - скорость света. Если, например, средняя длина цугов волн, излучаемых некоторым источником света, равна по порядку величины 1 см, то время когерентности для этого источника света составляет величину порядка 0 3 - КГ10 с. Следовательно, в среднем через такие промежутки времени прекращается излучение одной регулярной последовательности волн, испускаемой источником света, и начинается излучение нового цуга волн с амплитудами, фазами и поляризацией, не связанными закономерно с соответствующими параметрами предшествующего волнового цуга. [20]
В § 14 указывалось, что волны, испускаемые атомами, сохраняют регулярность лишь в течение ограниченного интервала времени. Другими словами, в течение этого интервала времени амплитуда и фаза колебаний приблизительно постоянны, тогда как за больший промежуток времени и фаза, и амплитуда существенно изменяются. Часть последовательности колебаний, на протяжении которой сохраняется их регулярность, называется цугом волн или волновым цугом. Время испускания цуга волн называется длительностью цуга или временем когерентности. Пространственная протяженность цуга L ( длина цуга волн) и время когерентности Т связаны очевидным соотношением L Тс, где с - скорость света. Если, например, средняя длина цугов волн, излучаемых некоторым источником света, равна по порядку величины 1 см, то время когерентности для этого источника света составляет величину порядка 0 3 10 - 10 с. Следовательно, в среднем через такие промежутки времени прекращается излучение одной регулярной последовательности волн, испускаемой источником света, и начинается излучение нового цуга волн с амплитудами, фазами и поляризацией, не связанными закономерно с соответствующими параметрами предшествующего волнового цуга. [21]
Атом в любом состоянии, помещенный во внешнее электрическое поле, может самопроизвольно ионизоваться путем перехода электрона через потенциальный барьер подобно тому, как самопроизвольно распадается ядро, испуская альфа-частицу. Разумеется, если поле слабое, вероятность распада исчезающе мала. Барьер становится проницаемым в сильном поле, особенно при высоковозбужденных состояниях атома. Если время самопроизвольного вылета электрона в таком состоянии становится меньшим, чем время испускания кванта, то линии в спектре, соответствующие переходам из этого состояния, исчезают. [22]
А по сравнению с телом В имеет избыток энергии ДЕ, который оно может излучить в виде электромагнитной волны по направлению к телу В. Рассмотрим следующий круговой процесс. По истечении времени t Lie этот поток дойдет до тела В и будет им поглощен. Во время испускания тело А, а вместе с ним и вся система, вследствие отдачи, получит импульс, направленный влево и равный g ДЕ / с. Под влиянием этого импульса труба придет в движение, которое будет продолжаться до тех пор, пока излучение не дойдет до тела Вив нем полностью поглотится. Тогда тело В, а вместе с ним вся труба испытают давление света, направленное вправо и также равное - ДЕ / с, которое и остановит движение трубы. [23]
Чтобы понять возникновение ОДС в GaAs, обратимся к структуре его зоны проводимости, изображенной на рис. 2.14. Хотя самый низкий минимум зоны проводимости в GaAs находится в центре зоны Бриллюэна, существуют также минимумы в L точках, лежащие на 0 3 эВ выше по энергии. Эффективная масса электронов в этих L долинах не изотропна. На основании (5.12) подвижность электронов в Г долине ( цг ] должна быть выше, чем в L долинах ( / IL) - В слабом электрическом поле все электроны находятся в Г долине и имеют высокую подвижность вследствие малой т г. При возрастании поля электроны приобретают энергию до тех пор, пока для некоторых из них она не становится достаточной для перехода в L долины путем междолинного рассеяния. Это междолинное рассеяние начинает соперничать с процессом внутризонной релаксации путем рассеяния на оптических фононах. В GaAs время испускания электроном LO фонона при фрелиховском взаимодействии ( см. рис. 5.3) составляет около 200 фс. Однако время возвращения электрона в Г долину имеет величину порядка пикосе-кунд, поскольку плотность состояний в Г долине много меньше, чем в L долинах. [24]
Такой способ определения вероятности перехода и, следовательно, характеристического времени излучения может быть применен как к отдельной линии тонкой вращательной структуры, так и к целой полосе; при этом с полосой всегда связано иное ( большее чем в случае линии) число поглощающих молекул. Хотя оиределение N-L в случае двухатомных молекул и не представляет особых трудностей, расчет для отдельной линии тонкой вращательной структуры несколько более сложен, чем при использовании целой полосы. Если рассматривать всю полосу в целом, то очень часто достаточно предположить, что при комнатной температуре все молекулы находятся на наинизшем колебательном уровне, так что JVi оказывается равным полной концентрации частиц газа. Полученные таким образом значения вероятности перехода и характеристического времени излучения следует рассматривать как усредненные по всем возможным переходам с различных вращательных уровней молекулы в возбужденном состоянии. Эти средние величины оказываются часто вполне достаточными для теории горения, для которой точное значение времени испускания для данного конкретного вращательного уровня почти никогда не нужно. [25]
Поскольку спонтанное испускание может произойти почти в любом случайно выбранном направлении, средний импульс, сообщаемый атому в результате спонтанного испускания, равен нулю. Следовательно, результирующий импульс, сообщаемый в результате поглощения и переизлучения, равен среднему импульсу, сообщаемому только после поглощения. С другой стороны, если переизлучение стимулируется присутствием сильного резонансного электромагнитного поля, то существует определенное направление передачи импульса при поглощении и определенное направление передачи при испускании. В случае плоской волны эти направления, конечно, одинаковы, так что результирующая передача импульса ( или сила) отсутствует. Однако если электромагнитное поле неоднородно, то в общем случае направления вектора Пойтинга во время поглощения и во время испускания фотона движущимся атомом будут разными. Поэтому результирующий импульс, сообщаемый движущемуся атому в неоднородном электромагнитном поле, будет отличен от нуля. Результирующую силу, называемую диполъной или градиентной силой, можно объяснить через взаимодействие индуцированного атомного дипольного момента с осциллирующим полем, не прибегая к квантованию поля. [26]
Из данных по ультрафиолетовому облучению системы толуол / п-терфенил Коэн и Вейнреб [51] заключили, что выход переноса энергии не зависит от длины волны света, использованного для возбуждения. Исследованная область длин волн при этом достаточна для возбуждения первых двух полос поглощения в толуоле. Согласно Броу-ну и др. [20], энергия донорной молекулы, активированной до первого возбужденного синглетного состояния, может переноситься к акцептору энергии почти со 100 % - ным выходом. Кроме того, интенсивность люминесценции, испускаемой акцептором в системе кси-лол / ФДФО, проявлет одну и ту же зависимость от концентрации акцептора, когда система облучается ультрафиолетовым светом различных длин волн или даже у-лучами. На основании этого факта авторы сделали вывод, что, каким бы ни было первичное возбуждение, наблюдается перенос энергии от первого возбужденного синглета и что перенос энергии от более высоких состояний не имеет значения. Кроме того, исходя из прямого определения времени испускания, он показал, что переносящее энергию состояние донора должно соответствовать его состоянию флуоресценции. [27]
Из данных по ультрафиолетовому облучению системы толуол / я-терфенил Коэн и Вейнреб [51] заключили, что выход переноса энергии не зависит от длины волны света, использованного для возбуждения. Исследованная область длин волн при этом достаточна для возбуждения первых двух полос поглощения в толуоле. Согласно Броу-ну и др. [20], энергия донорной молекулы, активированной до первого возбужденного синглетного состояния, может переноситься к акцептору энергии почти со 100 % - ным выходом. Кроме того, интенсивность люминесценции, испускаемой акцептором в системе кси-лол / ФДФО, проявлет одну и ту же зависимость от концентрации акцептора, когда система облучается ультрафиолетовым светом различных длин волн или даже у-лучами. На основании этого факта авторы сделали вывод, что, каким бы ни было первичное возбуждение, наблюдается перенос энергии от первого возбужденного синглета и что перенос энергии от более высоких состояний не имеет значения. Кроме того, исходя из прямого определения времени испускания, он показал, что переносящее энергию состояние донора должно соответствовать его состоянию флуоресценции. [28]
Если на вещество действует поляризованный свет, он преимущественно возбуждает молекулы, в которых направление колебания осциллирующих диполей совпадает с направлением электрического вектора возбуждающего светового пучка. Поэтому, несмотря на то что молекулы в растворе ориентированы хаотично, возбуждению подвергаются лишь те из них, которые обладают соответствующей ориентацией. Если время жизни возбужденного состояния велико по сравнению со временем, необходимым для дезориентации молекул вследствие вращения, этот процесс дезориентации происходит еще до появления заметной флуоресценции. Если же скорость вращательного движения мала по сравнению со скоростью излучательно-го процесса, свет флуоресценции испускается до завершения дезориентации. При этом осцилляторы, ответственные за флуоресцентное излучение, ориентированы в той же плоскости, в которой они были ориентированы в момент поглощения, так что флуоресцентное излучение оказывается частично поляризованным. В очень вязких растворителях даже малые молекулы могут сохранять ориентацию за время испускания флуоресценции. Крупные молекулы, такие, как белки, сохраняют свою ориентацию в течение периода времени, достаточно большого по сравнению со временем испускания флуоресценции, поэтому их флуоресценция частично поляризована. [29]
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. [30]