Двохфотонне поглинання світла.
Поглинаючи фотон ħω1, атом переходить у віртуальний стан Еl, 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.
Енергія фотону, релєєвське, комптонівське розсіювання.
Розсіянням світла називається явище, при якому направлений світловий пучок, що розповсюджується в середовищі, відхиляється по всіляких напрямах. Розсіяння світла як макроскопічне явище може бути обумовлено різними макроскопічними неоднорідностямі середовища.
Процеси розсіювання відбуваються на молекулярному рівні в макроскопічному однорідному середовищі.
Діаграма взаємодії:
Фотон з енергією ħω, поляризацією α1 і хвильовим вектором k1 взаємодіє з системою (атомом, молекулою), що знаходиться в стані Е0, переводячи її у віртуальний стан El. Переходячи з цього нестійкого стану в початковий, система випускає фотон з енергією ħω', поляризацією α2 і хвильовим вектором к2. При цьому виконується закони збереження енергії ħω +Е = ħω'+Е' і імпульсу ħk +p = ħk'+p'.
Розсіювання, при якому змінюється тільки поляризація і напрям розповсюдження хвилі, а енергія фотона (довжина хвилі) залишається незмінною, називається релєєвськім розсіянням.
Розсіяння, при якому спостерігається мала зміна енергії фотона (довжини хвилі), залежна від кута розсіяння, називається комптонівським розсіюванням або ефектом Комптона.
Методи здійснення інверсної населеності.
1) Сортування атомних та молекулярних пучків в просторі - Використовується робоча речовина, яка представляє собою потік не взаємодіючих один з однім атомів або молекул (молекулярні і атомні пучки). Використовується лише в вимірювальних приладах (квантових стандартах частоти та часу).
2) Метод допоміжного випромінювання (накачка) - порушення теплової рівноваги за допомогою достатньо потужного допоміжного випромінювання (накачки). Він широко застосовується в парамагнітних квантових підсилювачах сантиметрових хвиль (робочі частиці – іони хрому в рубіні) та в твердотілих лазерах.
3) Інверсна населеність в газах за допомогою електричного розряду - Виникає при прикладеного ел.розряду, що призводить до появи газового розряду в результаті якого електрони прискорюються електричним полем, зіштовхуючись з атомами та іонузіють їх, призводячи до появи вторичних електронів, які в свою чергу прискорюються і процес повторюється. Використовується в газових лазерах: гелій-неоновий лазер, лазер на аргоні на СО2 ).
4) Інверсна населеність в напівпровідниках ( інжекція; оптична накачка н/провідника; бомбардування н/провідника пучком електронів з енергією в декілька тис. еВ).
Переваги напівпровідникових лазерів – велика щільність «робочих» частиць, високий ККД, легкість керування випромінюванням, прості в конструкції.