33. Люминесценция и ее виды.

Излучение света происходит не только в результате нагревания тел, но и при других явлениях. Например, при электрическом разряде в газах, некоторых химических процессах (гниение органических веществ, окисление фосфора) и т.д. Наблюдаются свечение светлячков и морских микроорганизмов. Можно вызвать вторичное видимое свечение некоторых веществ под действием ультрафиолетового излучения и т.п. Все виды самосвечения, кроме свечения нагретых тел, называют холодным свечением или люминесценцией.Тепловое излучение является универсальным свойством тел и при соответствующих условиях становятся равновесным. Люминесценция является избирательным свойством тел, хотя весьма распространенным, причем излучение не может принять равновесный характер. Люминесценция прекращается, как только будет израсходована энергия того процесса, который ее вызывает. Поэтому говорят, что при люминесценции тело высвечивает фотоны. Люминесценция происходит одновременно с тепловым излучением и независимо от него, хотя температура тела может влиять на интенсивность люминесценции Люминесценция, как и тепловое излучение, происходит в результате сообщения атому дополнительной энергии, в связи, с чем он переходит в возбужденное состояние, при возвращении в основное состояние происходит излучение фотона. Однако распределение при этом возбужденных атомов по энергетическим уровням различается. При тепловом возбуждении атомы занимают последовательно все энергетические уровни, соответствующие температуре тела, при этом на более низких уровнях находится наибольшее число атомов, которые на более высоких уровнях убывают по экспоненциальной зависимости. При люминесценции это правило не соблюдается, и на определенных более высоких энергетических уровнях может находиться значительно большее число атомов, чем на нижележащих (“инверсная заселенность уровней”)Люминесценцию классифицируют:А) по природе, вызывающих возбуждения атомов и молекул,Б) по длительности послесвечения,В) по происходящим при возбуждении внутриатомным процессам.Например, биолюминесценцией называют свечение, наблюдаемое в живых организмах (грибы, бактерии, насекомые); электролюминесценциейназывают свечение газов при электрическом разряде; катодолюминесценцией- свечение, возбуждаемое ударами электронов (например, на экранах электроннолучевых трубок); фотолюминесценцией– свечение, возникающее под действием ультрафиолетового излучения; рентгенолюминесценцией– свечение под действием рентгеновских лучей.

В зависимости от длительности послесвечения различают флуоресценцию и фосфоресценцию. Свечение, которое прекращается одновременно с прекращением возбуждения, называют флуоресценцией. Если послесвечение продолжается не менее (во многих случаях минуты и даже часы), то такое свечение называется фосфоресценцией. Вещества с особенно длительным послесвечением называются фосфорами.

34.Индуцированное излучение. Лазер.

По внутриатомным процессам различают люминесценцию:А) спонтанную, б) вынужденную, в) рекомбинационную. При спонтанной люминесценции излучение происходит непосредственно вслед за возбуждением. Переход с возбужденного уровня на основной может быть как единым (рис.1,а)-в этом случае излучение называется резонансным, так и ступенчатым (рис.1,б). В последнем случае некоторые ступени могут не сопровождаться излучением, т.е. быть безизлучательными (рис.1,в). У определенных веществ имеются энергетические уровни, переход с которых на основной путем излучения фотонов имеет малую вероятность, т.е. происходит медленно и постепенно, поэтому возбужденные атомы могут задерживаться на них достаточно долго. Такие уровни называются метастабильными. В процессе возбуждения на этом уровне происходит значительное накопление атомов Переход с метастабильного на основной уровень может быть ускорен путем какого-либо энергетического воздействия на атомы, например воздействия квантами излучения такой же длины волны. Вызванное при этом излучение называется вынужденным (индуцированным или стимулированным), а само явление – вынужденной люминесценцией. Прибор, основанный на использовании индуцированного излучения, называется оптическим квантовым генератором. Его сокращенное название на английском языке – лазер. Оно возникло от сокращенной фразы:LightAmpluficaationbyStimulatedEmissionRadiationЧто означает: усиление света при помощи индуцированного излучения. В 1960 г был создан первый квантовый генератор видимого диапазона с рубином в качестве рабочего вещества, но в нем создавалась импульсное излучение и возбуждение атомов (по терминологии квантовой электроники “накачка”) осуществляется специальной лампой.Имеются также газовые лазеры. Основу прибора образует кварцевая трубка Т (рис.2),.наполненная смесью газов, например гелия и неона, под высоким давлением. По концам трубки расположены строго параллельные зеркала 3 (одно полупрозрачное), образующие вместе резонатор. С помощью электродов Э, помещенных снаружи трубки, и генератора ВЧ высокой частоты в газе вызывается тлеющий разряд. При этом атомы гелия, возбуждаясь, переходят на уровень В процессе неупругого соударения они передают энергию атомам неона, которые накапливаются на близко расположенном метастабильном уровне R, с которого при переходе на промежуточный уровень s происходит вынужденное излучение с длиной волны 632,8 нм. Индуцированное излучение газового лазера является высококогерентным, исключительно монохроматическим, плоскополяризованным, остронаправленным и обладает большой мощностью.Лезер Л показанный на рисунке 4 ( слева –блок питания П) дает непрерывное излучение небольшой мощности (доли ватта). Изучается возможность использования его излучения для терапевтических целей. Наиболее распространенный тип лазера: газовый (гелий - неоновый) лазер. Индуцированное излучение газового лазера является высококогерентным, исключительно монохроматическим, плоско поляризованным, остронаправленным и обладает большой мощностью. Лазер может излучать до 30 различных длин волн в инфракрасном и видимом диапазонах.Используемые зеркала резонатора делаются многослойными для того, чтобы вследствие интерференции создать необходимый коэффициент отражения только для одной длины волны. Таким образом, лазер излучает строго определенную длину волны.