Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English

Вынужденное излучение и поглощение

    Световая волна со спектральной плотностью p(v) может вызвать процессы двух типов. Атомы, находящиеся на нижнем уровне с заселенностью Л 1, поглощая энергию, будут переходить на верхний уровень К 2 с заселенностью N2. Атомы, находящиеся на верхнем уровне 1 2, вследствие вынужденного излучения квантов будут переходить на уровень 1. В результате переходов первого типа световой пучок теряет в единицу времени некоторую долю фотонов, а второго типа - получает фотоны поглощенная удельная энергия в интервале частот составит  [c.97]


    В условиях термодинамического равновесия заселенность нижних уровней больше, чем верхних, т.е. N1 > N2, а значит Д V(v)> 0. Однако, если создать искусственно инверсную заселенность верхних уровней так, что М2> 1, то вместо поглощения волны в такой среде будет происходить ее усиление. Среда с инверсной заселенностью энергетических уровней называется активной. Создание такой среды является первым условием работы лазера. Второе условие работы лазера связано с необходимостью обратной связи между светом и излучающими атомами. Для этого рабочее вещество помещают между двумя зеркалами так, что часть излучаемой световой энергии все время остается внутри его, вызывая вынужденное излучение все новыми и новыми атомами. Одно из зеркал выполняют полупрозрачным, и через него выходит генерируемый пучок. Наконец, третье условие работы лазера заключается в том, что усиление излучения в рабочем веществе должно быть больше некоторого порогового значения, зависящего от коэффициента отражения полупрозрачного зеркала. [c.97]

    Теперь мы вернемся к рассмотрению методов, благодаря которым достигается инверсия заселенности в некоторых типах лазеров, имеющих практическое значение. В этих механизмах важную роль играют процессы внутри- и межмолекулярного переноса энергии. Тепловое возбуждение не может, по определению, привести к инверсии в равновесной системе. Прямое поглощение света не может дать инверсию в простой двухуровневой системе, потому что падающее ( накачивающее ) излучение будет не только возбуждать нижнее состояние в верхнее, но и инициировать вынужденное излучение из верхнего состояния, вызывая уменьшение его заселенности. Однако для получения инверсии заселенности и, следовательно, лазерного действия может быть использована трехуровневая система. На рис. [c.142]

    Неравновесная заселенность ядерных спиновых состояний в продуктах радикальных реакций проявляется в ЯМР-спектрах двояким образом в виде интегрального и мультиплетного эффектов. Интегральный эффект заключается в том, что в продуктах реакции наблюдается преимущественная ориентация ядерных спинов в направлении внешнего поля или против него, вследствие чего в ЯМР-спектре продукта наблюдается или аномально высокое поглощение (А) или вынужденное излучение ( ). [c.200]


    Любая элементарная система (ядерная, атомная, молекулярная), поглощая энергию, переходит из более низкого энергетического состояния (уровня) в более высокое (возбужденное) состояние (рис. 14.1, переход КО- При переходе из более высокого энергетического состояния в более низкое часть поглощенной энергии испускается в виде квантов света (рис. 14.1, переходы Кг и Кз). Этот процесс может быть спонтанным (самопроизвольным), т.е. происходящим в отсутствие внешнего излучения, и вынужденным, т.е. происходящим под действием внешнего излучения. Поглощение же всегда является вынужденным процессом. [c.332]

    Излучательные переходы между энергетическими уровнями происходят с определенными вероятностями. Вероятность спонтанного излучения А (с ), в результате которого система переходит с верхнего энергетического уровня и на нижний /, связана с вероятностями вынужденного излучения Д / и поглощения Ви, соотношениями  [c.332]

    Энергия может излучаться двумя различными путями — за счет спонтанного излучения и стимулированного (вынужденного) излучения. Вероятность того, что одиночная молекула в возбужденном состоянии начнет спонтанно излучать энергию, пропорциональна кубу разности энергий данного возбужденного и основного состояний ку. С другой стороны, вынужденное испускание вызывается излучением с резонансной частотой V. Если имеются две частицы X и , находящиеся на уровнях, энергии которых отличаются на кх, то вероятность поглощения фотона [c.346]

    С возбуждением X на более высокий уровень в точности равна вероятности того, что это будет стимулировать испускание другого фотона к в результате перехода Y на более низкий уровень (см. рис. 111). Если заселенности обоих уровней одинаковы, то энергия, поглощенная от падающего пучка излучения, в точности равна энергии, возвращенной пучку за счет вынужденного испускания излучения. Если заселенности не одинаковы, то отношение поглощенной энергии к энергии, испущенной за счет вынужденного излучения, равно отношению щ1п . Излучение от спонтанного испускания некогерентное, т. е. кванты испускаются во всех направлениях и с произвольным распределением фаз во времени и пространстве. С другой стороны, вынужденное излучение находится в точности в фазе с стимулирующим излучением, так что если падающий пучок хорошо сфокусирован, то испускаемое излучение будет в значительной мере когерентным. [c.346]

    Однако для переходов между двумя ориентациями ядерного спина кх кТ и отличие в равновесной заселенности двух уровней очень мало. Результирующая вероятность вынужденного излучения с верхнего уровня оказывается поэтому примерно такой же, как для поглощения с нижнего уровня. Вследствие очень малой разности энергий вероятность спонтанного испускания в этом случае пренебрежимо мала. Если бы обе заселенности были в точности одинаковы, вообще не происходило бы поглощения энергии от пучка радиочастотного излучения на каждые п абсорбированных квантов имелось бы п квантов, испускание которых было бы вызвано падающим пучком и которые находились бы полностью в одной фазе с ним. В действительности в поле в 10 ООО гс имеется избыток примерно в четыре протона на миллион в нижнем состоянии, так что должно происходить небольшое результирующее поглощение энергии, которое может быть детектировано и усилено с помощью обычных приемов электроники. Разность в заселенностях и, следовательно, результирующее поглощение можно усилить путем повышения и понижения Т. Экспериментальные трудности препятствуют значительному увеличению Н , но измерения можно проводить при низких температурах, [c.347]

    Явление вынужденного излучения еще не нашло непосредственного применения для аналитических целей (имеется в виду явление как таковое, а не аппаратура, разработанная на этом принципе и служащая, например, для локального испарения проб с помощью мощных световых импульсов [18]). В настоящей работе мы не будем обсуждать возможные пути аналитического использования вынужденного излучения. Попытки такого рода безусловно представляют интерес, хотя, как нам кажется, не могут дать ничего принципиально нового по сравнению с методами, основанными на поглощении, поскольку в данном случае речь идет лишь о противоположных сторонах одного и того же явления, основанного на индуцированном эффекте ). [c.14]

    Вынужденное излучение и поглощение. Коэффициенты Эйнштейна. Если то к интенсивности спонтанного излучения [c.351]

    Поправка на вынужденное излучение к коэффициенту поглощения зависит от вида функции распределения атомов и электронов по состояниям. Ниже мы будем обозначать коэффициент поглощения, вычисленный с учетом вынужденного испускания через В условиях термодинамического равновесия (см. (30.76)) [c.435]

    В формулах (35.3), (35.4) подразумевается, что на атом не падает излучение, которое он способен поглощать. Если интенсивность падающего на атом излучения достаточно велика, то при вычислении формы линии надо учитывать поглощение и вынужденное излучение. В этом случае, например, время жизни атома в основном состоянии конечно (оно определяется поглощением). Надо отметить, что уширение линии, связанное с индуцированными переходами, в общем случае не определяется простой дисперсионной формулой (35.3). Например, в сильном монохроматическом поле [c.454]


    В результате возбуждения атом переходит в более высокое энергетическое состояние. Число возбужденных атомов в некотором состоянии зависит от интенсивностей возбуждения и излучения, если это возбужденное состояние комбинируется с более низким состоянием и система находится в равновесии. Интенсивность излучения, т. е. число квантов, испускаемых в единицу времени, определяется спонтанным и вынужденным излучением. Интенсивность возбуждения зависит от числа электронных столкновений в единицу времени и от скорости поглощения квантов в нижнем состоянии..  [c.58]

    ВЫНУЖДЕННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ПОГЛОЩЕНИЕ 103 [c.103]

    ВЫНУЖДЕННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ и ПОГЛОЩЕНИЕ [c.103]

    Благодаря соотношению между коэфициентами вероятности для спонтанного и вынужденного излучения и поглощения, найденному в разделе 1 настоящей главы, формула, выражающая В (Л, В) через матричные элементы дипольного или квадрупольного моментов дается формулами (4,7) и (4.57) или (4.62). Это есть окончательное выражение для взаимодействия атома с изотропным неполяризованным полем. [c.103]

    Кроме того, существует также вынужденное излучение. Вместе с спонтанным излучением оно образует процесс, обратный поглощению пучка с телесным углом й а) в направлении 9, ср. Из волн, приходящихся на единицу объема [c.103]

    Схема энергетических уровней рубина показана на рис. 68. Полоса поглощения 5500 А, отвечающая возбуждению уровня 5ь сравнительно широка, что благоприятствует эффективной накачке при помощи интенсивного источника света. Время жизни состояния 5, по отношению к излучению очень мало (менее 10 сек) нижеследующее состояние (дублетное) имеет время жизни около 10 сек, что и обеспечивает появление вынужденного излучения света с длиной волны 6943 А. [c.300]

    При поглощении светового кванта атом переходит в неустойчивое возбужденное состояние. Существует ряд процессов, ведущих к распаду этого состояния. Главные из них — спонтанное возвращение атома в нормальное состояние, сопровождаемое излучением фотона той же частоты, что и поглощенный (резонансная флуоресценция) спонтанный переход на промежуточный уровень при излучении фотона меньшей частоты переход на более нижний (или более высокий) энергетический уровень в результате тушащих (или возбуждающих) столкновений с другими атомами, молекулами или электронами вынужденное излучение под воздействием другого фотона той же частоты. Одним из основных результатов таких процессов является излучение фотонов оптически возбужденными атомами, которое называют атомной флуоресценцией. [c.43]

    Активное вещество может быть твердым, жидким и газообразным. Для осуществления вынужденного излучения в веществе наиболее выгодно, чтобы в нем было как можно больще возбужденных до определенного уровня атомов (молекул). Поэтому в веществе, используемом в лазере, специально создается так называемая инверсная заселенность уровней, при которой на более высоком энергетическом уровне оказывается повыщенная концентрация атомов, по сравнению с уровнем, лежащим ниже. Благодаря такому распределению атомов вынужденное излучение преобладает над поглощением. [c.102]

    В обоих случаях из закона сохранения энергии для начального и конечного состояний (но не обязательно для промежуточного состояния) вытекает равенство = где Ито — частота перехода Esm — so, положительная для поглощения и отрицательная для вынужденного излучения. Тогда имеем [c.257]

    Первая задача заключается в установлении связи между истинным спектром исследуемой молекулы в данной среде В( ), представляющем собой спектральную плотность коэффициента Эйнштейна для поглощения или вынужденного излучения, с одной стороны, и наблюдаемой на опыте спектроскопической макрохарактеристикой образца — коэффициентом поглощения К у) или интенсивностью излучения 1(у)—с другой. Этот круг вопросов, называемый эффектами локального светового поля, является следствием принципиальных особенностей взаимодействия молекулы, помещенной в поляризующуюся диэлектрическую среду, с полем световой волны. Применительно к случаю поглощения решение указанной задачи состоит, очевидно, в нахождении вида корректирующего множителя 0 (V). [c.93]

    Bij — коэффициент Эйнштейна для поглощения или вынужденного излучения  [c.168]

    B(v) — спектральная плотность коэффициента Эйнштейна для поглощения или вынужденного излучения  [c.168]

    Интегральный эффект. Интегральный эффект ХПЯ или ХПЭ — это преимущественная ориентация ядерных спинов в продуктах реакции (или спинов неспаренных электронов в радикалах) в направлении внешнего поля или против него. Мерой интегрального эффекта химической поляризации может служить зеемановская энергия спинов, которая в термодинамическом равновесии отрицательна. Если в ходе химической реакции зеемановская энергия спина становится положительной, это означает, что в дальнейшем спиновая система может отдать накопленную в ней энергию. В этом случае на частоте магнитного резонанса спинов будет наблюдаться вынужденное излучение. Если же в ходе реакции зеемановская энергия спинов уменьшается, т. е. резервуар зеемановского взаимодействия спинов охлаждается, то для нагрева спиновой системы до температуры термостата нужно подвести дополнительно энергию. В этом случае в спектрах магнитного резонанса будут наблюдаться линии, отвечающие аномально большому поглощению. [c.89]

    Обычно различают три типа процессов поглощение, вынужденное излучение и спонтанное излучение. Предположим, что химическая частица имеет два квантовых состояния I и т с энергиями е и вт- Если частица первоначально находится в нижнем состоянии I, то она может взаимодействовать с электромагнитным излучением и поглощать энергию, переходя в состояние т. В обычных процессах поглощение происходит одноступенчато, так что разность между исходным и конечным уровнями точно равна энергии одного фотона излучения следовательно, поглощение излучения происходит лишь при условии 8т—Е1 = Н условие Бора ), Процесс поглощения состоит в потере интенсивности электромагнитного излучения и получении энергии поглощающей частицей. Обратный процесс, когда частица, находящаяся в верхнем состоянии, отдает энергию электромагнитному излучению, известен как вынужденное излучение слово вынужденное указывает, что существует взаимодействие между излучением и возбужденными частицами, вызывающее потерю энергии. Хотя мы не рассматриваем природу взаимодействия частицы и излучения, ясно, что скорость (интенсивность) поглощения или вынужденного излучения пропорциональна скорости столкновений фотонов с поглощающими или излучающими частицами, т. е. изменение интенсивности пропорционально плотности излучения р и концентрации химических частиц. Коэффициент пропорциональности определяет так называемые коэффициенты Эйнштейна В , й/т — коэффициент для процесса поглощения, Вт1 — для вынужденного излучения согласно принципу микроскопической обратимости, Вш = Вт1, и этот же результат можно получить при строгом следовании теории излучения. Скорости поглощения и вынужденного испускания равны В/тПгр и Вт1Птр = = В1тПтр) соответственно, где щ и Пт — концентрации частиц в низко- и высоколежащих состояниях. В случае теплового равновесия Пт всегда меньше, чем П1 [см. уравнение Больцмана (1.4)], и вклад поглощения оказывается более существенным, чем вынужденного испускания. Различие вкладов поглощения и вынужденного испускания определяется соотношением между величиной (вт—е ) и температурой Т. Уже упоминалось, что характерными для фотохимии являются уровни энергии ът--е.1) >кТ и Пт<.П1, поэтому вклад вынужденного испускания в фотохимические процессы в условиях теплового равновесия пренебрежимо мал. Однако в неравновесных ситуациях вынужденным испусканием уже нельзя пренебрегать, и если инверсия заселенности (/гт> () возрастает, то процессы испускания начинают преобладать над поглощением, и в [c.29]

    Если в статическом магнитном поле Н достигнуто равновесное состояние и допустимо пользование законами распределения классической статистики, то заселенности отдельных энергетических уровней определяются больцмановским множителем е-йРНт /А -Заселенности нижних энергетических уровней больше, чем верхних, поэтому, если включить переменное магнитное поле резонансной частоты, число актов поглощения превысит число актов вынужденного излучения, в результате вещество будет поглощать энергию радиочастотного поля. Таки.м образом, в парамагнетике идут два противоположных процесса радиочастотное поле выравнивает заселенности различных магнитных уровней, а внутренние взаимодействия стремятся восстановить больцмановское распределение, переводя поглощенную энергию радиочастотного поля в тепло. [c.717]

    Когда молекула подвергается электромагнитному облучению, она может поглощать излучение, которое соответствует разности энергий между состоянием, в котором она находится, и некоторым более высоким энергетическим состоянием. Эйнштейн показал, что поглощенная энергия может быть потеряна благодаря самопроизвольному испусканию или вынужденному излучению. Число молекул, переведенных из состояния п в состояние т (рис. 18.4) путем поглощения кванта Avnm, прямо пропорционально числу молекул в состоянии п и плотности излучения p(Vnm) с частотой Vnm  [c.557]

    Из теории электромагнитного излучения следует, что вероят- ность перехода с нижнего энергетического уровня на верхний с поглощением энергии равна вероятности перехода в обратном направлении, сопровождающегося вынужденным излучением [43]. В случае изолированного ядра вероятность перехода с верхнего энергетического уровня на нижний путем спонтанного излучения очень невелика [44]. Если бы на каждом энергетическом уровне находилось одинаковое количество ядер, то число переходов с нижнего уровня на верхний и в обратном направлении было бы одинаковым, т. е. суммарный эффект не сопровождался бы поглощением или испусканием энергии. Однако в действи- [c.258]

    Испускание возбужденных частиц может быть спонтанным (самопроизвольным), т.е. происходящим в отсутствие внепшего излучения, и вынужденным, просходящим под действием внешнего излучения. Поглощение всегда является вынужденным хфоцессом. [c.200]

    Состояние поляризации излучения ЛОС зависит от относительной ориентации дипольных моментов переходов с поглощением и испусканием в активной молекуле, времени ее жизни в возбуж-деннОхМ состоянии, времени вращательной ориентационной релаксации молекул, от поляризации лазерного излучения накачки и при поперечной накачке (см. рис. 5.1)—от ориентации электрического вектора излучения накачки относительно оптической оси резонатора ЛОС. При поперечной накачке ЛОС излучением, ли-нейно-поляризиванным перпендикулярно оси резонатора, степень поляризации излучения ЛОС в большинстве случаев очень велика и составляет 0,9—1. При поперечной накачке излучением, поляризованным вдоль оси резонатора, излучение ЛОС полностью деполяризовано. При промежуточной ориентации электрического вектора излучения накачки относительно оси резонатора степень поляризации излучения ЛОС сильно зависит от добротности резонатора, превышения уровня накачки над порогом генерации и т.д. На степени поляризации вынужденного излучения небольших по размерам молекул существенно сказывается вращательная деполяризация, так что высокая степень поляризации наблюдается только в вязких растворах. При продольной накачке ЛОС (см. рис. 5.1) поляризация генерируемого излучения совпадает с поляризацией излучения накачки. Как обычно, поляризацией излучения ЛОС можно управлять с помощью поляризующих элементов (призма Глана, пластинка под углом Брюстера и т.п.), помещенных в резонатор. [c.195]

    Пусть интенсивность пучка будет р (а, 1)йгзй си. Это — объемная плотность энергии волн с волновыми числами в интервале распространяющихся в угле и имеющих поляризацию, которая описывается вектором 1. Мы определим вероятность поглощения (или вынужденного излучения) таким образом, чтобы вероятность перехода атома из состояния а в состояние Ь была [c.103]

    Чтобы найти полное поглощение, нужно вычесть из величины (3.9) вероятность вынужденного излучения, умножить полученное выражение на йа и усреднить в соответствии с тепловым распределением (гл. 8, 6). Вероятность вынужденного излучения можно вычислить, пользуясь матричными элементами, которые расположены в 4-й строке табл. 10.1, 4-й и 8-й строках табл. 10.2 и 10 3. Находим, что вероятность вынужденного излучения Ше дается выражением (3.9), в котором величина (у г,-1-1) (у ,г, + 1) заменена величиной ю-цг,Удг,. Поскольку = Удг, энергия (я, Г1Г2), поглощаемая кристаллом в единицу времени на частоте со = сог, (ч) + гЛч)> равна [c.263]

    Этим люминесценция отличается от вынужденного (индуцированного) излучения, получаемого в оптических квантовых генераторах (лазерах). Вынужденное излучение (ему также отвечает переход 3 на рис. 1) происходит под действием света, частота которого отвечает расстоянию между основным и воз-бужденнььм уровнями. Обычно такой свет вызывает преимущественно переход электронов в возбужденное состояние, т. е. поглощается. Но при создании так называемой инверсной заселенности , когда специальными мерами ( накачкой ) на возбужденный уровень переводится большая часть электронов (для этого время жизни их на таком уровне должно быть достаточно велико), вероятность обратного перехода под действием фотонов оказывается больше вероятности поглощения, и происходит одновременное испускание света всеми излучателями. Вследствие этого индуцированное излучение когерентно. Напротив, люминесценция является спонтанным некогерентным излучением. [c.6]

Смотреть страницы где упоминается термин Вынужденное излучение и поглощение: [c.558]    [c.136]    [c.201]    [c.201]    [c.348]    [c.32]    [c.359]    [c.435]    [c.315]    [c.271]    [c.142]    [c.102]    [c.91]    [c.159]   
Смотреть главы в:

Теория атомных спекторов -> Вынужденное излучение и поглощение



ПОИСК





Смотрите так же термины и статьи:

Вынужденное излучение



© 2025 chem21.info Реклама на сайте