СПОНТАННЫЕ И ВЫНУЖДЕННЫЕ ПЕРЕХОДЫ МЕЖДУ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ УРОВНЯМИ. КОЭФФИЦИЕНТЫ ЭЙНШТЕЙНА.
Количество частиц, находящихся на некотором энергетическом уровне, называют населенностью этого уровня. Состояние частицы с наименьшей энергией и соответствующий энергетический уровень E1 называют основным, а все остальные − возбужденными уровнями.
В реальных системах микрочастицы, находящиеся при абсолютной температуре Т > 0, вследствие обмена энергией с окружающей средой способны переходить с одного энергетического уровня на другой. Этот скачкообразный переход микрочастиц называется квантовым переходом.
hν = E2 – E1
Первоначально счит-сь, что между энерг-ми уров-ми атомов происходит 2 вида переходов: спонтанные и вынужденные.
Спонтанные квантовые переходы атомов с более высоких энергетических уровней на более низкие осуществляются самопроизвольно, т е без непосредственного воздействия на атомы извне. Эти переходы приводят к спонтанному испусканию фотонов.
Вынужденные переходы атомов с более низких на более высокие уровни происходят в рез-те поглощения внешнего излучения веществом.
Согласно. Эйнштейну необходимо учитывать еще третий процесс − переход атомов с более высоких энергетических уровней на более низкие под воздействием внешнего излучения, в результате которого атомы излучают энергию вынужденно.
След-но возможно 3 типа процесса: 1-поглощение; 2-спонтанное излучение; 3- вынужденным (индуцированным) поглощением
|
|
|
Атомы, поглощая свет, переходят на энергетические уровни с большей энергией, причем в соответствии с законом сохранения энергии переход может быть вызван лишь светом определенной частоты. Такой процесс называют резонансным, а также вынужденным ( индуцированным ) поглощением света.
Атом, находясь в возбужденном состоянии, может через некоторый промежуток времени произвольно, без каких-либо внешних воздействий, перейти на более низкий энергетический уровень, отдавая избыточную энергию в виде электромагнитного излучения (испуская фотон с энергией h n = E2- E1). Такие переходы называются спонтанными переходами, а излучение, сопровождающее такие переходы, − спонтанным излучением. спонтанное излучение является некогерентным.
Если на атом, находящийся в возбужденном состоянии, действует внешнее излучение с частотой, удовлетворяющей условию h n = E2- E1, то возникает вынужденный (индуцированный) переход в основное состояние с излучением фотона той же энергии h n = E2 - Е1.
При подобном переходе происходит излучение атомом фотона дополнительнок тому фотону, под действием которого произошел переход. Возникающее в результате таких переходов излучение называется вынужденным (индуцированным) излучением.
|
|
|
Эйнштейн применил к описанию процессов спонтанного и вынужденного излучения вероятностные методы.
Если количество переходов атомов с верхнего уровня на нижний спонтанно равно 
, вынужденно – 
, с нижнего уровня на верхний вынужденно равно 
, то условие термодинамического равновесия запишется в виде
.
Пусть А21 – вероятность спонтанного перехода ( 
) в секунду, п2 и n1– концентрации атомов соответственно на верхнем и нижнем уровнях. Тогда
.
Обозначим вероятности вынужденных переходов в секунду ( 
и 
) соответственно величинами 
и 
, тогда
, 
.
- спектральная плотность излучения
Величины А21, В21, В12 называются коэффициентами Эйнштейна. Они являются характеристиками только самого атома и могут зависеть лишь от частоты 
, причем первое соотношение между коэф-ми Эйнштейна имеет след-ий вид:
.
Физический смысл этого соотношения заключается в том, что при постоянной спектральной плотности энергии w (ν, T ) вероятность индуцированного излучения кванта света атомом равна вероятности резонансного поглощения кванта света этим же атомом за одинаковые промежутки времени.
|
|
|
Хотя элементарная квантовая теория излучения абсолютно черного тела не позволяет теоретически вычислить значения коэффициентов Эйнштейна, она демонстрирует необходимость существования спонтанных и вынужденных переходов, причем, для вероятностей вынужденных переходов.
Кванты, испущенные в результате вынужденных переходов, коррелируют по своим свойствам с излучением, которое вызывает эти переходы. Вынужденное излучение обладает той же поляризацией, тем же направлением распространения и той же фазой, что и вынуждающее переход излучение.
оптическими квантовыми генераторами или лазерами. Слово "лазер" - английского выражения "light amplification by stimulated emission of radiation", что в переводе означает: усиление света посредством стимулированного излучения.
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 894; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!