- •40. Равновесное излучение и его свойства. Закон Стефана-Больцмана. Формула Вина и закон смещения Вина. Формула Рэлея-Джинса.
- •Формула Релея-Джинса:
- •41. Гипотеза Планка и формула Планка. Квантовая теория равновесного излучения. Понятие об оптической пирометрии.
- •43. Гипотеза Эйнштейна о фотонах. Опыт Боте. Энергия и импульс фотона. Корпускулярно-волновой дуализм свойств света.
- •- Формула Эйнштейна.
- •Опыт Боте и импульс фотона. (рис)
- •Корпускулярно волновой дуализм света.
- •45. Эффект Комптона. Теория эффекта Комптона. Электроны отдачи.
- •Опыты показали, что:
- •48. Тормозное рентгеновское излучение. Коротковолновая граница сплошного рентгеновского спектра.
- •50. Модели атомов. Опыты Гейгера и Марсдена. Рассеяние -частиц. Опыты Резерфорда. Размеры атомов и ядер.
- •51. Эмпирические закономерности в спектрах атома водорода. Спектральные серии. Элементарная теория Бора водородоподобного иона. Энергетические уровни атома водорода и его спектры.
- •- Уравнение движения. – правило квантования орбит.
- •Подробное исследование спектра атома водорода.
- •Спектральные закономерности.
- •52. Опыт Франка-Герца. Учет движения ядра.
- •Опыт Франка-Герца
- •54. Соотношения неопределенностей Гейзенберга. Корпускулярно-волновой дуализм. Применение соотношения неопределенностей Гейзенберга.
- •55. Магнитный момент атома. Опыты Штерна и Герлаха. Гипотеза Гаудсмита и Уленбека. Спин и собственный магнитный момент электрона. Понятие о принципе Паули.
- •58. Резонансное усиление света.
- •59. Условия стационарной генерации (баланс фаз и баланс амплитуд).
- •Условие порога генерации:
- •60. Устройство и принцип работы лазеров. Роль оптического резонатора. Продольные и поперечные моды. Спектральный состав излучения лазеров. Применение лазеров.
- •Продольные и поперечные моды
55. Магнитный момент атома. Опыты Штерна и Герлаха. Гипотеза Гаудсмита и Уленбека. Спин и собственный магнитный момент электрона. Понятие о принципе Паули.
(РИС)
Момент: – магнитный и механический момент.
связь между собой.
– гиромагнитный момент.
58. Резонансное усиление света.
Пучок света, проходя через среду, обменивается квантами с атомами этой среды по средствам вынужденных переходов и сплошного испускания квантов. Рассмотрим этот процесс на примере 2х уровневой системы.
Пусть - концентрация атомов на нижнем и верхнем уровне. ω- частота излучения. – спектральная плотность излучения (объёмная).
1)Уменьшается в связи с вынужденным поглощением квантов атомами среды.
2)Увеличивается в связи с вынужденным излучением атомов.
ЗСЭ при вынужденных переходах запишем в следующем виде:
Введём величину , где v – скорость света в данной среде.
. Введём поток s=v , тогда :
Положим, что свет распространяется вдоль оси z, тогда: v- скорость распространения группового сигнала. = Проинтегрируя получим:
– закон Бюргера.
– поток, падающий на активную среду при =0, т.е. ;
В состоянии ТД равновесия справедливо распределение Больцмана для концентрации:
Т.к. , то , поэтому плотность потока с увеличением z уменьш-ся.
Причина: В поток возвращается лишь часть квантов при переходе с верхнего на нижний уровень, а именно: испущенные в результате вынужденных переходов кванты. А кванты, испущенные спонтанно, в поток не возвращаются. Если же нарушить равновесие системы атомов, то нарушим равновесие Больцмана и добьёмся условия: или , то свет мог бы распространяться в среде либо без поглощения, либо с усилением. И т.о. создав, условие мы получили бы, среду со свойствами усиления светового потока.
Усиления не будет: Пусть N – полная концентрация атомов, т.е.: N= ;
Изменение заселённости верхнего уровня происходит за счёт спонтанных и вынужденных переходов:
При достижении стационарного состояния: , тогда: ;
С увеличением плотности потока s, заселённость верхнего уровня приводит к изменениям: (РИС) График зависимости α от потока.
Из этого графика следует, что при любых s, и поэтому этот поток поглощается. При s->∞ наступает насыщение, поглощение прекращается. Принимается, что насыщение наступает при изменении α в 2 раза но сравнимо с минимальным значением, т.е. при изменении
И т.о. световой поток выравнивает заселённость уровней между которыми происходит вынужденные переходы, при большой плотности потока, но никакое значение s не способно создать инверсную заселённость м/д этими уровнями.(усл. при котор.
Инверсная заселённость можно создать лишь с помощью независимого от усиливаемого света воздействия на атомы и наиболее простой способ создания инверсной заселённости возможен в 3х уровневых системах. (РИС) – поднять с 1го уровня на 3й.
На уровне время жизни системы мало, и атомы спокойно переходят на уровень .
На уровне время жизни достаточно велико (метастабильный уровень)