20. Випадки комбінаційного розсіювання.

Розсіяння світла з порівняно великою зміною енергії фотона (довжини хвилі), не залежною для ізотропних середовищ від кута розсіяння, називається комбінаційним розсіянням. При комбінаційному розсіянні частоти розсіяного світла є комбінаціями (суми і різниці) частот коливань падаючої хвилі з частотами власних коливань розсіюючої системи. Енергетичні діаграми:

При комбінаційному розсіянні можуть бути два випадки:

1) енергія початкового стану (зазвичай основного стану Е0) менше енергії кінцевого (збудженого) стану (рис. 1). Такий зсув в область менших частот називається стоксовим зсувом;

2) енергія початкового стану більше енергії кінцевого стану (рис.2). Такий зсув називається антистоксовим зсувом. Інтенсивність антистоксових компонент розсіяння значною мірою визначатиметься населеністю, збудженого стану, тобто залежатиме від температури.

21. Двохфотонне поглинання світла.

Поглинаючи фотон ħω1, атом переходить у віртуальний стан Е_l, в якому він може встигнути поглинути другий фотон ħω2. Якщо для суми енергій цих двох фотонів виконується правило частот Бору (ħω1+ ħω2)=Em-En, то атом перейде з одного стаціонарного стану Еn в інше Еm.

Двохфотонне поглинання а-діаграма взаємодії, б-енергетична діаграма

Ймовірність двох фотонних процесів пропорційна квадрату інтенсивності світла і зазвичай дуже мала.

22. Поняття інверсної населеності енергетичних рівнів.

Інверсна населеність – співвідношення між населеностями енергетичних рівнів атомов/молекул речовини, при якому число частиць на верхньому із даної пари рівнів більш, чим на нижньому.

Інверсна населеність – необхідна умова створення майже всіх квантових генераторів та підсилювачів.

Розглянемо речовину, в якій число атомів N2 ( населеністю рівня) в Е2 > N1 в рівні Е1, то така речовина наз. активною. Якщо на активну речовину падає електромагнітне випромінювання, то відбуватиметься його посилення завдяки тому, що кількість вимушених переходів атомів Е2 → Е1 > Е1 → Е2.

В стані термодинамічної рівноваги населеність більше високого енергетичного рівня завжди менше, ніж більше низького.

,

23. Показник поглинання. Закон Бугера-Ламберта.

Величина – являє собою повну (інтегральну) інтенсивність випромінювання.

Для випромінювання, що поширюється у виді бігучої хвилі, у напрямку z зі швидкістю коефіцієнт поглинання визначається з рівняння:

,

де К_ – показник поглинання (коефіцієнт поглинання);

Коэффициент k_ω [см^-1] називається натуральним показником поглинання на частоті ω або просто показником поглинання.

Закон Бугера-Ламберта:

При N1 > N2 показник поглинання додатній і інтенсивність хвилі зменшується. При інверсії населенностей, тобто при N1 < N2 показник поглинання від’ємний і інтенсивність хвилі зростає. Тому негативний показник поглинання називають показником посилення (точніше, натуральним показником посилення) і позначають α_ω= - k_ω . Якщо населеності рівнів рівні, то k_ω = 0. Цей випадок відповідає прозорому середовищу.

Висновок: щоб хвиля посилювалася необхідно штучно змінити населеності рівнів в речовині, збільшити населеність верхнього рівня атомів N2 і зменшити населеність нижнього рівня N1.