Поглощение фотонов, спонтанное и вынужденное излучение.

Вынужденное излучение — индуцированное излучение или испускание электромагнитных волн квантовыми системами (атома, молекулы, ядра и т. д.) под действием падающего на них излучения. При этом выполняется важное условие — лучи испускаемые сохраняют все характеристики лучей, вызывающих их излучение.

Гипотеза Эйнштейна состоит в том, что под действием электромагнитного поля частоты ω молекула (атом) может:

1. Перейти с более низкого энергетического уровня на более высокий c поглощением фотона энергией .

2. Перейти с более высокого энергетического уровня на более низкий с испусканием фотона энергией .

3. также, как и в отсутствие возбуждающего поля, не исключается самопроизвольный переход молекулы (атома) с верхнего на нижний энергетический уровень с испусканием фотона энергией .

Откуда принято: первый процесс называть поглощением; второй — вынужденным (индуцированным) испусканием; третий — спонтанным испусканием.

ДОКАЗАТЕЛЬСТВО ЭЙНШТЕЙНА ДЛЯ СУЩЕСТВОВАНИЯ ВЫНУЖДЕННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

; ;

1. ; 2) ; 3) =>

=> ; ; => .

ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ ЛАЗЕРА

1. Активная среда — среда в неравновесном состоянии.

2. Система накачки — процесс создания неравновесного состояния вещества.

3. Оптический резонатор — совокупность нескольких отражающих элементов.

РУБИНОВЫЙ ЛАЗЕР

Твёрдотелый лазер. Активный элемент изготовлен из кристалла розового рубина с содержанием хрома около 0,05%. Длина волны: 694,3 нм. Источник накачки — импульсная лампа. Применение: голография, удаление татуировок.

ГЕЛИЙ-НЕОНОВЫЙ ЛАЗЕР

Газовый лазер. Активной средой является смесь гелия и неона. Источник накачки — электрический разряд.

Применение: интерферометрия, голография, спектроскопия, считывание штрих-кодов, демонстрация оптических эффектов.

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ЛАЗЕРОВ

Л азер состоит из лазерной активной среды, системы «накачки» - источника напряжения и оптического резонатора. Система накачки передает энергию атомам или молекулам лазерной среды, давая им возможность перейти в возбужденное «метастабильное состояние» создавая инверсию населенности. Оптический резонатор требуется для обеспечения нужного усилия в лазере и для отбора фотонов, которые перемещаются в нужном направлении. Лазерная активная среда – обычно лазеры обозначаются по типу используемого лазерного вещества. Существуют четыре таких типа: твердое вещество, газ, краситель, полупроводник.