Квантовая физика

Квантовая оптика — раздел оптики, занимающийся изучением явлений, в которых проявляются квантовые свойства света.

Виды оптических излучений.

Колебания электрических зарядов, входящих в состав вещества, обусловливают электромагнитное излучение, которое сопровождается потерей энергии веществом.

При рассеянии и отражении света формирование вторичных световых волн и продолжительность излучения веществом происходит за время, сравнимое с периодом световых колебаний.

Если излучение продолжается в течение времени, значительно превышающем период световых колебаний, то возможны два типа излучения: 1)тепловое излучение и 2)люминесценция.

Равновесным состоянием системы «тело-излучение» является состояние, при котором распределение энергии между телом и излучением остается неизменным для каждой длины волны. Единственным видом излучения,которое может находиться в равновесии с излучающим телом, является тепловое излучение — свечение тел, обусловленное нагреванием.

Люминесценцией называется неравновесное излучение, избыточное при данной температуре над тепловым излучением тела и имеющее длительность, большую периода световых колебаний.

Тепловое излучение и его характеристики.

Тепловое излучение происходит за счет внутренней энергии вещества и поэтому свойственно всем телам при любой температуре, отличной от 0 К. Тепловое излучение равновесно — тело в единицу времени поглощает столько же энергии, сколько и излучает. Одной из характеристик теплового излучения являетсяпоток излучения– количество энергии, излучаемое в единицу времени:

(64)

При равномерном излучении энергия излучения за времяравна

(65)

Поток излучения, испускаемого единицей поверхности тела, называется энергетической светимостью тела

(66)

(67)

где S– площадь поверхности излучателя.

Единица энергетической светимости – ватт на квадратный метр (Вт/м²).

Приведенные выше характеристики не учитывают спектрального состава излучения. Это можно сделать, введя понятие спектральной плотности энергетической светимости Она представляет собой долю энергии, излучаемую в единичном интервале длин волн, т. е. спектральная плотность энергетической светимостиявляется отношением энергетической светимости, соответствующей узкому спектральному интервалу, к ширине этого интервала:

(68)

Для данного тела зависит как от длины волны, вблизи которого взят интервалd, так и от абсолютной температурыТтела. Энергетическая светимость тела во всем интервале длин волн (интегральная энергетическая светимость) определяется соотношением:

(69)

Коэффициентом поглощения αназывают величину, равную отношению потока излученияпоглощенного данным телом, к потоку излученияпадающему на это тело:

(70)

Закон Кирхгофа.В состоянии термодинамического равновесия отношение спектральной плотности энергетической светимости к коэффициенту поглощения является величиной постоянной, не зависящей от природы тела:

(71)

Черным телом называют тело, которое при любой температуре поглощает всю энергию падающего на него электромагнитного излучения. Для него при любой длине волны справедливо равенство

Закон Стефана-Больцмана.Энергетическая светимостьчерного тела пропорциональна четвертой степени абсолютной температурыТ:

(72)

где – постоянная Стефана Больцмана. В системе СИ ее численное значение равно