Спонтанное и вынужденное излучение

С точки зрения квантовой механики стационарное состояние атома должно сохраняться как угодно долго, если нет внешних при­чин, вызывающих изменение энергии атома. Однако опыт показывает, что атом, находящийся в возбужденном энергетическом состоянии, самопроизвольно переходит в невозбужденное состояние, излучая свет. Такое излучение, происходящее в отсутствие внешних при­чин, изменяющих энергию атома, называется самопроизвольным или спонтанным излучением.

Эйнштейном показано, что атом, находящийся на некотором возбужденном энергетическом уровне п, может с определенной вероятностью перейти в низшее состояние т под действием внешнего электромагнитного поля. Это явление вынужденного (индуцированного) излучения. Процессы испускания света компенсируются его поглощением, т.е. переходом с уровня m на уровень n.

Пусть атом нахо­дится на некотором уровне m с энергией W_m и может быть переведен в возбужденное состояние с энергией W_n. Предположим, что поток излучения состоит из k + 1 фотона с энергией W_m -W_n. Взаимодействие атома с излучением может привести к тому, что атом перейдет в состояние W_n, в этом случае один фотон поглотится, и их останется k. Тот же атом может вновь ис­пустить фотон. В результате система придет в начальное состояние. Обозначим через w₀ вероятность поглощения атомом кванта в системе, содержащей всего один атом и один фо­тон. В нашем случае вероятность поглощения фотона ока­жется в k + 1 раз больше, так как атом может взаимодейст­вовать с любым из имеющихся фотонов. Вероятность пря­мого перехода равна поэтому

(14-2)

Вероятность излучения w содержит два слагаемых.

Первое из них представляет собой вероятность спонтанного излучения — вероятность излучения при отсутствии других фотонов.

Второе слагаемое опреде­ляет вероятность индуцированного излучения. Эта вероятность пропорциональна числу имеющихся кван­тов т.е. потоку излучения.

Дата добавления: 2015-06-04