Равновесное излучение абсолютно чёрного тела. Формула Планка. Индуцированное излучение. Принцип действия лазера

Абсолютно черное тело - это тело, для которого поглощательная способность тождественно равна единице для всех частот или длин волн и для любой температуры, оно должно поглощать все падающее на него излучение.

Закон Кирхгофа утверждает, что отношение испускательной способности тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел и является универсальной функцией частоты ω (или λ) и температуры Т, т.е.: r_λ/a_λ = φ(λ, T), либо r_ω/a_ω = f(ω, T).

Очевидно, что поглощательная способность a_ω для разных тел разная, то из закона Кирхгофа следует, что чем сильнее тело поглощает излучение, тем сильнее оно должно это излучение испускать. Так как для абсолютного черного тела a_ω ≡ 1, следует, что в случае абсолютно черного тела: φ(λ, T) = r_λ и f(ω, T) = r_ω. Так f(ω,T) либо φ(λ,T), есть не что иное как, спектральная плотность энергетической светимости абсолютно черного тела.

Формула Планка – закон распределения энергии в спектре равновесного излучения при определённой температуре (электромагнитного излучения, находящегося в термодинамическом равновесии с веществом). Закон Планка и даёт спектральную зависимость от частоты υ или длины волны λ = c/n объёмной плотности излучения r (энергии излучения в единице объёма) и пропорциональной ей испускательной способности абсолютно чёрного тела (энергии излучения, испускаемой единицей его поверхности за единицу времени).

Формула Планка: ρ_υ,T = 4U_υ,T/c = (8πħυ³/c³)·(1/e^ħυlkT – 1) или ρ_λ,T = 4U_λ,T/c = (8πħc/λ⁵)·(1/e^ħclλkT – 1),

где ħ = 6,626176·10^-34 Дж·с- постоянная Планка, k - постоянная Больцмана.

Индуцированное (вынужденное) излучение – испускание электромагнитного излучения квантовыми системами под действием падающего на них излучения. Фотоны, испускаемые при индуцированном излучении, совпадают по частоте, направлению распространения и поляризации с фотонами, вынуждающими их испускание. Это испускание электромагнитных волн атомами, молекулами и другими частицами вещества, находящимися в неравновесном состоянии под действием внешнего вынуждающего излучения.

Принцип работы лазера. Лазер (оптический квантовый генератор) — устройство, генерирующее когерентные и монохроматические электромагнитные волны видимого диапазона за счет вынужденного испускания или рассеяния света атомами (ионами, молекулами) активной среды.

Устройство лазера: все лазеры имеют три основные части - активную среду, систему накачки и резонатор.

Активная среда — вещество, в котором создается инверсная заселенность (кристаллы рубина, стекло с примесью неодима), жидкой (растворы анилиновых красителей) и газообразной (углекислый газ, водяной пар низкого давления в стеклянных трубках).

Резонатор представляет собой пару зеркал, параллельных друг другу, между которыми помещена активная среда. Одно зеркало отражает весь падающий на него свет; второе, полупрозрачное, часть излучения возвращает в среду для осуществления вынужденного излучения, а часть выводится наружу в виде лазерного луча.

Накачка создает инверсную заселенность в активных средах, причем для каждой среды выбирается наиболее удобный и эффективный способ накачки. В твердотельных и жидкостных лазерах используют импульсные лампы или лазеры, газовые среды возбуждают электрическим разрядом, полупроводники — электрическим током.

Дата добавления: 2015-06-04