Вынужденное испускание

Метод электрического резонанса (область вынужденного испускания) [c.269]

Коэффициент, равный отношению числа фотонов, испускаемых за единицу времени в результате воздействия излучения плотности p(v,i), т. е. при вынужденных переходах с верхнего уровня Ei на нижний Ей, к числу частиц, находящихся на верхнем уровне Ei, на единицу плотности излучения, называют коэффициентом Эйнштейна для вынужденного испускания, а произведение Si p(Vi4) — вероятностью вынужденного испускания. Между коэффициентами Aik и Bki существует важное соотношение [c.8]

Скорость такого вынужденного испускания в единице объема равна [c.189]

Рассмотрим среду, способную поглощать и испускать кванты (рис. 1.1). Поскольку возможны процессы и вынужденного испускания и иоглощения, то изменение числа фотонов на расстоянии dz можно записать как [c.189]

Для увеличения мощности и уменьшения длительности импульса в лазерных источниках используются две специальные методики. Прежде всего это модуляция добротности. В нормальных условиях вынужденное испускание начинается в тот [c.182]

Для фотохимии и спектроскопии наиболее важны следующие три типа электронных переходов 1) спонтанное испускание 2) вынужденное испускание 3) вынужденное поглощение. [c.121]

Sr, B21 — вероятность вынужденного испускания. При обычных условиях вынужденным испусканием можно пренебречь, т. е. [c.122]

При обратном переходе 1 -> 2 происходит поглощение фотона атомом на той же частоте у,з, вероятность к-рого также пропорциональна плотности фотонов воздействующей волны и фактору Х(у, у,2). Поэтому преобладание вынужденного испускания над поглощением возможно лишь [фи выполнении условия Л/2/З2 > 1/31. где N3 и Л/,-населенности состояний 2 и 1 соотв. (числа атомов в [c.561]

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]

Рис. 111. Поглощение и вынужденное испускание излучения.

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]

Множитель перед Ап в формуле (2) есть отнесенное к единичному интервалу частот поперечное сечение вынужденного испускания [c.164]

По отношению к поглощению обратным процессом является не спонтанное испускание, а процесс вынужденного испускания, выражающийся в усилении пучка света, проходящего через среду. Это явление, до недавнего времени рассматривавшееся как некий теоретический курьез, было реализовано в течение последних лет в системах оптических квантовых усилителей и генераторов (лазеров). [c.14]

От чего зависит интенсивность в спектрах поглощения и вынужденного испускания света [c.149]

Спонтанное испускание приводит к изотропному излучению, в то время как вынужденное испускание происходит в направлении падающей лучистой энергии. [c.29]

Обсудите утверждение о том, что спонтанное испускание приводит к изотропному излучению, в то время как вынужденное испускание осуществляется в направлении падающей лучистой энергии. [c.35]

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]

Умножив (34.67) и (34.68) на поправочный множитель (1— ), учитываюш.ий вынужденное испускание, можно найти k y и с помощ.ьк> [c.441]

ВЫНУЖДЕННОЕ ИСПУСКАНИЕ И ПОГЛОЩЕНИЕ [c.146]

Более полное квантово-механическое рассмотрение процесса взаимодействия излучения с веществом в области поглощения приводит к качественному согласованию экспериментальных и теоретических кривых ДОВ. При этом учитываются процессы поглощения, вынужденного испускания и спонтанного излучения. В результате в уравнении (VIII.22) для вращательной поляризуемости в знаменателе появляется комплексное число 1уш, где ум — положительная постоянная (2 .= 1/т=Л г, т — время жизни возбужденного состояния, Aki — коэффициенты Эйн(лтейна спонтанного испускания ). Предполагается, что [c.187]

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]

Кроме поглощения и вынужденного испускания в теории излучения рассматривается третий процесс — спонтанное излучение. В этом случае возбужденная частица теряет энергию, достигая более низкого уровня, в отсутствие излучения. Спонтанное излучение — случайный процесс, и скорость дезактивации возбужденных частиц за счет спонтанного излучения (при статистически большом числе возбужденных частиц) является величиной первого порядка. Таким образом, константа скорости первого порядка может быть использована для описания интенсивности спонтанного излучения эта константа является коэффициентом Эйнштейна Л (Ami), который для спонтанного процесса играет ту же роль, что и константа второго тюрядка В для индуцированных процессов. Скорость спонтанного излучения равна Aminm, и интенсивность спонтанного излучения может быть использована для расчета Пт, если Ami известен. Большинство явлений, связанных с испусканием, которые изучаются в фотохимии, — флуоресценция, фосфоресценция и хемилюминесценция — обычно являются спонтанными, и в дальнейшем мы будем опускать это прилагательное. Если же испускание вынужденное, этот факт будет отмечаться особо. [c.30]

Излучат. К. п. могут быть спонтанными и вынужденными. Спонтанное излучение (нсп>скание) происходит независимо от внеш. воздействия на мол. систему. Вероятность спонтанного излучения, сопровождающегося испусканием квантов электрочагн, энергии и переходом мол. системы с п-го энергетич. уровня на /п-й, характеризуется коэф. Эйнштейна средним числом квантов, испускаемых системой за I с и отнесенных к числу молекул в системе. Вероятность поглощения и вынужденного испускания зависит от плотности электромагн. излучения и характеризуется коэф. Эйнштейна и В , равными соотв. числу квантов злеггромагн. поля, к-рое поглощается или вынужденно испускается системой в среднем в расчете на I молекулу за I с при единичной плотности излучения. Связь между коэф. В , В была получена А. Эйнштейном на основе термодинамич. рассмотрения и впоследствии строго обоснована в квантовой электродинамике. Она выражается соотношениями [c.368]

V ) и имеет определенное направление распространения, индуцир. излучение имеет ту же частоту V и то же направление распространения. Вероятность вынужденного испускания зависит от частоты у воздействующего излучения она пропорциональна фактору 5(у, Уз,) и имеет значение тем большее, чем ближе у к резонансной частоте Уз,. Важным является то обстоятельство, что вероятность вынужденного испускания пропорциональна интенсивности воздействующей волны (плотности фотонов). [c.561]

В Л. отдельные акты вьшужденного испускания превращ. в генерацию когерентного электромагн. излучения благодаря положит, обратной связи, при к-рой один испущенный фотон многократно вызывает новые акты вынужденного испускания точно таких же фотонов. Первоисточником волны являются спонтанно испущенные фотоны, из к-рых наиб, число имеют резонансную частоту 21, под их воздействием начинается индуцир. испускание на той же частоте Постепенно фотоны с частотой станут доминировать над всеми остальными, т.е. система начнет излучать монохроматич. электромагн. волну. [c.562]

Переход энергии фотона в магнитную энергию МН/1 не является простым процессом, он напоминает поглощение видимого излучения механизм этого процесса рассматривается в гл. XXIII. Однако при магнитном резонансном поглощении пренебрегают самопроизвольным излучением радиации для высоких энергетических уровней и учитывают только вынужденное испускание. Суммарным эф- [c.231]

Как известно, лазер (оптический квантовый генератор) генерирует когерентные элекгромагнитные волны. Его действие основано на вынужденном испускании фотонов под влиянием внешнего электромагнитного поля. Для этого в рабочем теле (например, газе) источника излучения создают такую инверсную заселенность частиц в возбужденном состоянии с энергией Е2, чтобы число возбужденных частиц превышало число невозбужденных с энергией Е. Тогда при прохождении через среду электромагнитной волны с частотой са = ( - Е )кЬ /2т1 интенсивность ее будет нарастать за счет актов индуцированного испускания света возбужденными частицами. Усиление электромагнитной волны за счет вынужденного испускания приводит к экспоненциальному росту ее интенсивности I по мере прохождения пути z [c.433]

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. [c.187]

Оптические квантовые генераторы (лазеры) представляют собой источники света, работающие на базе процесса вынужденного (стимулированного, индуцированного) испускания фотонов возбужденными атомами или молекулами под воздействием фотонов излучения, имеющих ту же частоту. Отличительной чертой этого процесса является то, что фотон, возникающий при вынужденном испускании, идентичен вызвавшему его появление внешнему фотону по частоте, фазе, направлению и поляризации. Это определяет уникальные свойства квантовых генераторов высокая когерентность излучения в пространстве и во времени, высокая монохроматич- [c.226]

Эйнштей показал, еще до развития квантовой теории излучения, что статистическое равновесие между излучением и веществом возможно только в том случае, когда наряду с вынужденным испусканием, пропорциональным плотности излучения, имеется спонтанное излучение, происходящее и в отсутствие внешнего излучения. Спонтанное излучение обусловлено взаимодействием атомной системы с нулевыми колебаниями электромагнитного поля. [c.451]

Возбужденные атомы или молекулы (активные частицы), возвращаясь в равновесное состояние, отдают в окружающую среду большую или меньшую часть полученной энергии возбуждения в виде излучения, испущенного ими самопроизвольно, спонтанно (люминесценция) оставшаяся часть энергии безызлучательно, в соударениях частиц, преобразуется в тепловую энергию системы. Однако, если в среде, содержащей активные частицы (активной среде), в течение времени жизни возбужденного состояния частиц распространяется световая волна, частота которой равна частоте излучательного перехода частиц из возбужденного состояния, эта волна стимулирует (вынуждает) возбужденные частицы испустить излучение. Световые волны, возникающие в процессе такого вынужденного исиускания, когерентны как между собой, так и со стимулирующей волной. Это значит, что частоты и фазы колебаний наиряженности электрического поля и состояния поляризации этих волн совпадают, а интенсивность суммарной волны возрастает в зависимости от числа активных частиц, принявших участие в процессе вынужденного испускания. Очень важно, что испускать когерентные волны могут частицы, разнесенные в среде на макроскопические расстояния друг от друга. Активная среда, таким образом, может занимать более или менее значительный объем, содержащий большое количество активных частиц, что и обеспечивает получение высоких интенсивностей лазерного излучения. [c.163]

Если излучение, вышедшее из активной среды и усиленное за счет вынужденного испускания, вновь пропустить через эту среду, произойдет дальнейшее увеличение его интенсивности. Многократное повторение такого процесса обеспечивается с помощью оптического резонатора. Он состоит обычно из пары хорошо отражающих излучение зеркал, между которыми помещается активная среда (рис. 5.1). Если увеличение интенсивности излучения за один полный циклический проход по резонатору длиной L д/ = / /д = /д [ехр (2Ky L) — 1 ] [c.165]

Если считать, что столкновительная полуширина Av t линий во вращательном спектре молекулы фторметана зависит от / и /( уровней так же, как в случае хлорметана [8], то для Av t нужной линии при давлении газа в 133 Па (1 Тор) можно принять Av T 40 МГц (ее доплеровское уширение значительно меньше, 1,3 МГц, и им можно пренебречь). Тогда по формуле (6) получаем для сечения вынужденного испускания большое значение [c.172]

Эффективность работы ДИК-лазера зависит от многих параметров способа накачки, давления и температуры рабочего газа, поляризации излучения накачки, параметров оптического резонатора, конкретный выбор которых определяется молекулярными характеристиками активной среды. Важнейшую роль играют скорости врап ательной и колебательной релаксаций, параметры насыщения переходов с поглощением и излучением. При недостаточно быстрой колебательной релаксации (эффект узкого горла ) инверсия заселенностей вращательных уровней в возбужденном колебательном состоянии будет существовать лишь в течение короткого промежутка времени после начала накачки, так как в результате вращательной релаксации, скорости которой выше скоростей колебательной релаксации, среди вращательных уровней быстро установится больцмановское распределение заселенностей. Возможно, в значительной степени с этим неучтенным должным образом в теории эффектом узкого горла связано расхождение в несколько раз эконериментальных и расчетных величин /Сус [12, 17]. Более полный учет процессов колебательной релаксации молекул и некоторых других эффектов приводит в случае непрерывного лазера на фторметане к лучшему согласию экспериментальных и теоретических значений его выходных параметров [29] (одна из программ расчета параметров ДИК-лазеров на ЭВМ описана в [30]). При низких давлениях рабочего газа и насыщении возбуждаемого перехода коэффициент усиления мал из-за малой абсолютной величины инверсии уровней. С ростом давления эта величина растет, однако растет и эффективность столк-новительной вращательной релаксации, приводящей к термализа-ции вращательных уровней. Из-за столкновительного уширения линии излучения уменьшается сечение вынужденного испускания. Кроме того, уменьшается скорость диффузии молекул, играющей важную роль в процессах колебательной релаксации. В результате Кус при давлениях выше некоторого оптимального начинает падать. Оптимальное давление большинства ДИК-лазеров составляет 4-ь40 Па, причем в одном и том же газе оптимальные давления для генерации на разных длинах волн обычно различны. [c.174]

По мере дальнейшего продвижения в коротковолновую область спектра становятся все более жесткими требования, предъявляемые как к активным молекулам, тт и к источникам накачки. Помимо высокого квантового выхода флуоресценции и достаточно интенсивного поглощения на длинах волн излучения накачки, молекула должна иметь сечение вынужденного испускания на разрешенном флуоресцентном переходе выше 0,5-10 см [106], а источник накачки из-за быстрого [пропорционально кубу частоты, см. формулу (1)] возрастания при таком продвижении вероятности спонтанного излучения должен обеспечивать все большую скорость накачки. Поэтому попытки [100, 106, 125] получить генерацию в диапазоне 340—300 нм е привели к успеху. Лишь недавно при накачке растворов фенилбензоксазола мощными лазерными импульсами очень короткой длительности (2,5 тс или 25 пс) удалось возбудить генерацию на двух длинах волн, 330 и 345 нм (одновременно) [126], что, однако, не меняет сложившейся ситуации. Следует заметить, что вблизи 300 нм флуоресцируют уже довольно сложные органические соединения. Простые соединения, например насыщенные углеводороды, флуоресцирующие с низким квантовым выходом в более коротковоотновой области спектра, непригодны для генерации излучения при оптической накачке [100, 106]. [c.191]

При 1гУ1у/кТ > 1 член, описывающий вынужденное испускание, пренебрежимо мал, и мы можем использовать Р и 8 вместо Рщ и [c.31]

Отсюда, пренебрегая опять множителем, содержащим отношение члено., соответствующих вынужденному испусканию, найдем [c.150]