Вынужденное испускание света

Спонтанное испускание света

В реальных условиях атом не может постоянно находиться в электронно-возбужденном состоянии, он стремится перейти в основное, отдавая в окружающую среду часть энергии в виде испускания при переходе фотона. При этом происходит акт спонтанного испускания, второй тип взаимодействия излучения с веществом (рис. 4), а электрон перейдет на ближнюю к ядру орбиту.

Рисунок 4 Спонтанное испускание света

Вероятность спонтанного испускания фотона определяется только свойствами перехода её записывают в виде

Коэффициента А и В, входящие в вероятности процессов испускания и поглощения света, называют коэффициентами Эйнштейна. Они не зависят от внешних условий (температуры, давления и т. п.).

При третьем типе взаимодействия (рис. 5) атом исходно находится в электронно-возбужденном состоянии.

Рисунок 5 Вынужденное испускание света

Попадая под действие светового потока, фотоны которого обладают энергией, равной разнице энергии данного атома в возбужденном и в невозбужденном состоянии, этот атом может перейти в основное состояние, испустив соответственно фотон. Испущенный фотон по всем параметрам (энергия, направление движения и др.) будет идентичен фотону, который стимулировал переход. Этот процесс называется вынужденным испусканием, а действующий световой поток фотонов при этом усиливается.

Вероятность вынужденного испускания света, отнесённая к единице времени, есть .

Следовательно, если через вещество, атомы которого находятся в электронно-возбужденном состоянии пропустить световой поток определенной длины волны, энергия фотонов которой равна разнице энергетических уровней атомов данного вещества, то произойдет усиление светового потока в результате вынужденного испускания.

Однако, вероятность поглощения фотона атомом, находящимся на нижнем энергетическом уровне (в основном состоянии), равна вероятности того, что этот фотон вызовет вынужденное испускание в атоме, находящемся в электронно-возбужденном состоянии. Для усиления света необходимо, чтобы в среде (веществе) было превышение населенности верхнего энергетического уровня () над нижним (), т. е. следует создать инверсную заселенность. Процесс ее создания называется накачкой, а среда, в которой создана инверсная заселенность, называется активной.

Дата добавления: 2015-05-09