Излучение и поглощение энергии атомами и молекулами. Люминесценция и еe характеристики
1. Согласно закону Стокса спектр люминесценции молекул относительно их спектра поглощения:
a) смещeн в сторону больших длин волн;
b) смещeн в сторону меньших длин волн;
c) совпадает по частотам со спектром поглощения;
d) расположен произвольно.
Закон Стокса: спектр люминесценции вещества смещен в область более длинных волн относительно его спектра поглощения.
2. Энергия одного фотона E1, другого – E2 (E2 . E1) При этом длины волны и частоты , соответствующие этим фотонам, соотносятся так:
a) 1 2;
b) 1 2;
c) 1 2;
d) 1 < 2.
Энергия фотона прямо пропорциональна частоте излучения: Е=h, поэтому если Е2 > E1, то 2 >1, или же 1< 2.
В свою очередь длина волны обратно пропорциональна частоте: λ=с/, поэтому если 1< 2, то λ1> λ2.
3. Длительность люминесценции – это время, в течение которого еe интенсивность после прекращения возбуждения уменьшается:
a) до нуля;
b) в 2 раза;
c) в е = 2,72 раза;
d) в 10 раз.
Интенсивность люминесценции экспоненциально затухает во времени по закону:
Iлюм. = I0 е– t /τ, где параметр τ называется длительностью люминесценции и является важнейшей характеристикой люминесцирующего вещества. Он определяет время, за которое интенсивность люминесценции уменьшается в е = 2,72 раза.
4. Если длительность люминесценции вещества составляет 2 мс, то через 60 мс после прекращения возбуждения ее интенсивность уменьшится в е в …. степени раз.
Если возбуждение люминесцирующей молекулы или атома внезапно прекратить, то интенсивность люминесценции начнет экспоненциально уменьшаться во времени по закону: Iлюм. = I0 е – t /τ, где параметр τ называется длительностью люминесценции.
Если t = 60 мс, а τ = 2 мс, то t/τ = 60/2 = 30. Следовательно, интенсивность люминесценции уменьшится в е30 раз, т.е. е в 30-й степени.
Принцип действия лазера. Свойства лазерного излучения. Применение лазеров в медицине
1. Для оптической накачки в рубиновом лазере используется:
a) пара параллельных зеркал;
b) импульсная газоразрядная лампа;
c) высокочастотный генератор;
d) столкновение возбужденных атомов.
Инверсная заселенность уровней в рубиновом лазере образуется за счет поглощения световых квантов, в этом случае говорят об оптической накачке. В рубиновом лазере для оптической накачки обычно используются две или четыре импульсные газоразрядные лампы.
2. Чтобы среда лазера усиливала падающее на неe излучение, необходимо:
a) увеличить энергию падающего фотона;
b) создать инверсную заселенность энергетических уровней;
c)
выполнение
условия для энергии падающего фотона:
;
d) наличие двух фотонов, распространяющихся в одном направлении.
Так как в условиях термодинамического равновесия населенности возбужденных энергетических уровней обычно малы по сравнению с населенностью основного, нижнего уровня (т.е. n1>>n2 , n1, n2 – число частиц на основном и возбужденном уровне соответственно), то явление вынужденного излучения будет «теряться» на фоне поглощения и последующей люминесценции и усиления света происходить не будет. Однако можно получить термодинамически неравновесную среду, для которой n2 станет больше n1. Такая среда называется активной или средой с инверсной заселенностью энергетических уровней (слово “инверсия” означает перестановку, изменение обычного порядка). Только в этом случае, когда происходит накопление частиц на возбужденном уровне, число актов поглощения уменьшается, а вынужденное излучение становится определяющим. Следствием существования данной ситуации является преимущественное усиление, а не поглощение падающей на инверсную среду световой волны.
3. В рубиновом лазере инверсная заселенность создается в системе энергетических уровней:
a) атомов неона;
b) оксида алюминия;
c) ионов хрома;
d) атомов гелия.
Активной средой в рубиновом лазере является кристалл, основой которого является корунд, т е. кристалл окиси алюминия – Al2O3, в котором небольшая часть атомов алюминия (~ 0,05 %) замещена ионами хрома. В системе энергетических уровней этих ионов и реализуется инверсная заселенность при работе рубинового лазера.