optika-1
.pdfб) атомы, находящиеся в возбужденном состоянии, подвергаясь действию потока фотонов с энергией кванта hν = E2 - E1, вынужденным (стимулированным) образом переходят в основное состояние, излучая при этом квант света, подобный стимулирующему. Вероятность этого процесса P21 также пропорциональна ρ(λ):
P21 = B21 ρ(λ). |
(16) |
Помимо вынужденного (стимулированного) перехода со второго уровня на первый, возможен и спонтанный (самопроизвольный) переход атома, при котором не требуется "подкачка" энергии извне. Однако излучение, обусловленное спонтанными переходами атомов в основное состояние, не вносит существенного вклада в величину интенсивности излучения ОКГ, и поэтому при вычислении суммарной интенсивности им можно пренебречь.
Таким образом, при прохождении монохроматического излучения через слой вещества dx единичного поперечного сечения изменение интенсивности света выразится следующим образом:
dI = -B12 ρ(λ) N1 hν dx + B21 ρ(λ) N2 hν dx , |
(17) |
где N1 и N2 - число атомов в единице объема в энергетических состояниях Е1 и Е2 соответственно (населенность уровней Е1 и Е2). Причем величины N1 и N2 определяются соотношением Больцмана:
N1 = N0 exp( - Е1 / kT ),
(18)
N2 = N0 exp( - Е2 / kT ).
Первое слагаемое в (17) выражает уменьшение (знак минус), а второе - увеличение интенсивности при его прохождении через среду толщиной dx благодаря соответственно поглощению и вынужденному излучению. Поскольку B12 = B21 и I(λ) = v ρ(λ), то из (17) получаем:
dI = - I(λ) ( B21 / v ) ( N1 - N2 ) hν dx, |
(19) |
где v - скорость распространения света в данной среде. Преобразуем (19) к виду:
dI / I(λ) = - ( B21 / v ) ( N1 - N2 ) hν dx. |
(20) |
Интегрируя правую и левую части соотношения (20), получаем:
L n( I ) = - ( B21 / v ) ( N1 - N2 ) hν x + Сonst. |
(21) |
89
Постоянную интегрирования можно определить из начального условия: при x=0 интенсивность падающего излучения I = I0. Тогда из (21) следует:
Сonst = L n( I0 ). |
(22) |
Откуда (21) можно переписать в виде: |
|
L n ( I / I0 ) = - ( B21 / v ) ( N1 - N2 ) hν x. |
(23) |
Из (23) можно получить выражение для интенсивности света, прошед- |
|
шего через слой вещества толщиной L: |
|
I = I0 exp( - ( B21 / v ) ( N1 - N2 ) hν L. |
(24) |
Сравнивая (24) с выражением закона Бугера-Ламберта (1), получаем |
выра- |
жение для коэффициента поглощения света веществом: |
|
α(λ) = ( B21 / v ) ( N1 - N2 ) hν. |
(25) |
И, наконец, можно записать выражение для квантового коэффициента |
|
усиления света К веществом в виде: |
|
K = - α(λ) = ( B21 / v ) ( N2 - N1). |
(26) |
90
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Работа 1 |
|
|
Изучение устройства и характеристик оптического микроско- |
|
|
па...................... |
3 |
|
Работа 2 |
|
|
Рефрактометрия......................................................................................................... |
21 |
|
Работа 3 |
|
|
Поляризационные свойства света, их применение |
|
|
в медико-биологических исследованиях. Сахариметр...................................... |
34 |
|
Работа 4 |
|
|
Основы и аппаратура современной спектроскопии.......................................... |
44 |
|
Работа 5 |
|
|
Методы абсорбционной спектроскопии.............................................................. |
60 |
|
Работа 6 |
|
|
Оптический квантовый генератор (лазер )......................................................... |
71 |
|
91
Учебное издание
ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И АППАРАТУРА ДЛЯ БИОМЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Учебно-методическое руководство к лабораторным работам
Под общей редакцией В. А. Дубровского
Составители: Валерий Александрович Дубровский, Владимир Викторович Березин, Николай Борисович Зотов, Софья Васильевна Трубецкова
Редактор Л. А. Алехнович
Подписано к печати 11.09.09 г. Формат 60х84 1/16. Бумага газетная. Печать офсетная. Усл-печ. л. 5,75.
92
Тираж 600. Заказ 138.
________________________________________________________
Саратовский государственный медицинский университет 410601, Саратов, Б.Казачья, 112
Отпечатано в типографии «Тесар-издат”, 410071, Саратов, ул. Шелковичная, 186.
93