2.Среда с отрицательным коэффициентом поглощения. Ее свойства.

среда может усиливать вынужденное излучение, но такая активная среда должна иметь инверсную заселенность энергетических уровней. Инверсия заселенностей уровней соответствует нестандартной заселенности, когда в среде число атомов в возбужденном состоянии превышает число атомов в основном состоянии. Физический механизм усиления вынужденного излучения при распространении его в активной среде очевиден.

      Направленный пучок вынужденного излучения встречает на пути распространения атомы вещества. Если такой атом находится в основном состоянии, то он может поглотить квант энергии излучения (рис. 5.14). Если же атом находится в возбужденном состоянии, то под действием падающего излучения он может вынужденно испустить еще один квант излучения (рис. 5.15), увеличивая энергию распространяющегося в веществе излучения на .

      Вероятности этих процессов взаимодействия вынужденного излучения с атомами в любом состоянии одинаковы (см. 5.72). Поэтому, при прохождении за время достаточно тонкого слоя вещества, содержащего невозбужденных атомов и атомов в возбужденном состоянии, будет наблюдаться относительное изменение энергии излучения, равное

     

.

      Из (5.76) следует, что (среда поглощает излучение) если , и (среда усиливает излучение), если .

     Замечание. В случае, когда энергетические уровни и вырождены и кратности их вырождения равны и , условие усиления вынужденного излучения имеет вид

     

.

      Отметим, что иногда активные среды с инверсной заселенностью уровней называют средами с отрицательными температурами. формально считать температуру среды отрицательной, то при эта формула даст инверсную заселенность уровней, когда для . Число атомов с большей энергией в среде с отрицательной температурой превосходит число атомов с меньшей энергией.

Требования к спектральным свойствам молекул, в среде которых может быть получен отрицательный коэффициент поглощения – усиление — и указано на такое ожидаемое свойство генерации, как возможность перестройки частоты.

Билет №13

1.Образование Изображения линзой.

2-м. Изображения в линзах

Линзой можно не только собирать и рассеивать пучки параллельных лучей. При помощи линз легко получать увеличенные и уменьшенные изображения предметов. Например, благодаря линзе на экране получается увеличенное перевернутое изображение золотой статуэтки.

Предмет, изображение которого мы получаем, может находиться на различных расстояниях от линзы (d). В зависимости от этого изображение предмета может получиться различным. Например, если расстояние от предмета до собирающей линзы больше ее фокусного расстояния, но меньше двойного фокусного расстояния (F < d < 2F), то линза даст увеличенное, перевернутое и действительное изображение предмета (см. вторую строку таблицы).

Изображение, даваемое собирающей линзой:

d < F увеличенное прямое мнимое

F < d < 2F увеличенное перевернутое действительное

d < 2F уменьшенное перевернутое действительное

Если изображение действительное, его можно увидеть на экране. При этом изображение можно видеть из любого места в комнате, из которого только виден сам экран. Если же изображение мнимое, то на экране его получить нельзя, а можно лишь увидеть глазом.

Рассеивающие линзы дают уменьшенное прямое мнимое изображение при любом расстоянии от предмета до линзы.

Рассмотрим, как проходит сквозь линзы пучок лучей, параллельных главной оптической оси. Пройдя сквозь собирающую линзу, лучи собираются в одной точке. Пройдя сквозь рассеивающую линзу, лучи расходятся в разные стороны таким образом, что все их продолжения сходятся в одной точке, лежащей перед линзой

Точка, в которой собираются после преломления в собирающей линзе лучи, параллельные главной оптической оси, называется главным фокусом линзы-F.

В рассеивающей линзе лучи, параллельные ее главной оптической оси, рассеиваются. Точка, в которой собираются продолжения преломленных лучей, лежит перед линзой и называется главным фокусом рассеивающей линзы.

Фокус рассеивающей линзы получается на пересечении не самих лучей, а их продолжений, поэтому он мнимый, в отличие от собирающей, у которой фокус действительный.

У линзы два главных фокуса. Оба они лежат на равных расстояниях от оптического центра линзы на ее главной оптической оси. Расстояние от оптического центра линзы до фокуса принято называть фокусным расстоянием линзы. Чем сильнее линза изменяет направление лучей, тем меньшим получается ее фокусное расстояние. Поэтому оптическая сила линзы обратно пропорциональна ее фокусному расстоянию.

Оптическую силу, как правило, обозначают буквой "ДЭ", и измеряют в диоптриях. Например, выписывая рецепт на очки, указывают, сколько диоптрий должна составлять оптическая сила правой и левой линз.

Одна диоптрия (дптр) – это оптическая сила линзы, фокусное расстояние которой составляет 1м. Поскольку у собирающих линз фокусы действительные, а у рассеивающих – мнимые, то условились считать оптическую силу собирающих линз положительной величиной, а оптическую силу рассеивающих линз – отрицательной.

Билет № 14