Федун В.И. Черновик конспекта лекций Основы квантовой оптики

Глава. 1. Основы квантовой оптики

К концу XIX столетия в физике сложилась ситуация кажущегося благополучия:

1) классическая (ньютоновская) механика приобрела законченный вид;

2) статистические методы приводили к обоснованию эмпирических законов – термодинамики.

3) большинство явлений электромагнетизма объяснялись теорией Максвелла и Друде - Лоренца.

4) победила волновая теория света.

Казалось, что оставалось лишь несколько нерешенных проблем. Например:

1) Фотоэффект (1887 г. – Герц); 2) Линейчатые спектры излучения, полосатые спектры (1885 г. – Бальмер); 3) Стабильность и размер атома; 4) Тепловое излучение.

С обсуждения проблемы теплового излучения мы и начнем работу в этом разделе современной физики.

1. 1. Тепловое излучение.

Тепловое излучение – испускание электромагнитных волн за счет внутренней энергии тела.

Тепловое (температурное) излучение происходит при любой температуре тела и имеет сплошной спектр, положение максимума которого зависит от температуры вещества.

Тепловое излучение может быть равновесным.

Равновесное излучение – процесс, в котором распределение энергии между телом и излучением остается неизменным для каждой длины волны.

Такое состояние системы «тело + излучение» равновесно, поэтому к ней могут быть применены законы термодинамики.

	Свойства равновесного излучения: зависит только от температуры тела, которая определяет его спектральный состав и интенсивность; не зависит от материала излучающего тела и его формы; однородно, изотропно, неполяризовано. Остальные виды излучения, возбуждаемые за счет любого вида энергии, кроме внутренней, называются люминесценцией. Люминесцентное излучение всегда неравновесно.
Рисунок 1.

1. 1. 1. Количественные характеристики излучения.

Интегральные характеристики: т.е. просуммированы по всем частотам () или длинам () электромагнитных волн.

Энергетическая светимость поток энергии, испускаемый единицей поверхности тела по всем направлениям, т.е. в телесный угол.

Размерность: ==или.

Плотность энергии излучения .энергия, содержащаяся в единице объема пространства.

Размерность: =или.

Спектральные характеристики теплового излучения:

Испускательная способность тела или спектральная плотность энергетической светимости

где - поток энергии, испускаемый единицей поверхности в интервале частот отдо(или- поток энергии, испускаемый единицей поверхности в интервале частот отдо).

Размерность: []==илии

Связь:

При этом связь между испускательной способностью и энергетической светимостью:

Спектральная плотность энергии излучения

где - энергия в единице объема, определяемая частотным интервалом отдо.

Связь:

Размерность: и.

Излучение можно характеризовать вместо частоты длиной волны.

Поглощательной способностью называется безразмерная величина , определяемая как отношение части потока энергии в интервале частот, поглощенного телом, к падающему потоку энергии в том же интервале частот.

По определению .