Корень квадратный из частоты является линейной функцией атомного номера Z. - Лекция, раздел Физика, ЛЕКЦИИ ПО КВАНТОВОЙ ФИЗИКЕ Закон Мозли Позволяет По Измеренной Длине Волны Характеристических Максимумов...
|
Закон Мозли позволяет по измеренной длине волны характеристических максимумов установить атомный номер данного элемента.
До сих пор мы рассматривали только два вида переходов в атоме:
1. Спонтанные (самопроизвольные) переходы с более высоких энергетических уровней на более низкие с испусканием фотона, энергия которого определялась разностью энергий уровней, между которыми совершался переход.
2. Вынужденные переходы с более низких энергетических уровней на более высокие, при этом фотоны поглощались.
В 1916 году Эйнштейн теоретически показал, что этих двух видов переходов недостаточно, чтобы обеспечить состояние равновесия между излучением и веществом.
Вероятность спонтанных переходов определяется лишь внутренними свойствами атомов и не зависит от интенсивности падающего излучения.
Вероятность же поглощательных переходов зависит от свойств атома и от интенсивности падающего излучения.
Эйнштейн полагал, что для обеспечения равновесия между излучением и веществом должны существовать вынужденные переходы с высоких энергетических уровней на низкие уровни с испусканием фотона.
Возникающее в результате таких переходов излучение называют вынужденным или индуцированным. Направление вынужденного излучения совпадает с направлением вынуждающего (падающего) излучения. Частота, фаза и поляризация вынужденного излучения также совпадают с аналогичными характеристиками падающего света. То есть вынужденное и вынуждающее излучения оказываются когерентными.
Согласно принципу детального равновесия, в равновесной термодинамической системе каждый микроскопический процесс сопровождается обратным ему процессом из этого следует, что вероятность обоих процессов ( поглощение и индуцированное излучение должна быть одинакова.
Итак, по Эйнштейну падающее на вещество электромагнитное излучение может вызвать два вынужденных процесса:
- вынужденный переход электрона в атоме из m в n (), который приводит к поглощению фотона и ослаблению интенсивности падающего излучения;
- вынужденный переход из , сопровождающейся индуцированным излучением и увеличивающий интенсивность падающего света.
Результирующее изменение интенсивности зависит от того, какой процесс преобладает.
В случае термодинамического равновесия распределение атомов по энергетическим состояниям подчиняется распределению Больцмана:
,
Где число атомов в i – том состоянии; G – константа, зависящая от общего числа атомов; энергия i – го состояния.
Из этого следует, что с увеличением значения энергии заселенность данного уровня уменьшается. Число переходов между уровнями пропорционально заселенности исходного уровня, следовательно, в равновесной среде поглощение всегда будет преобладать над вынужденным излучением.
Чтобы создать обратную ситуацию необходимо увеличить заселенность уровней с большей энергией, такая заселенность называется инверсной.
Кроме того, эти энергетические состояния должны быть метастабильными, т.е. электроны в них должны находиться значительно дольше, чем обычно; и переход из этих состояний в состояния с меньшей энергией должен быть вынужденным, а не спонтанным.
Существует несколько способов возбуждения атомов для создания в среде инверсной заселенности (накачки).
Например, в рубиновом лазере, который представляет собой рубиновый стержень (окись алюминия), в котором часть атомов алюминия замещена атомами хрома, накачка осуществляется сильными вспышками света с 560 нм, что соответствует энергии 2,2 эВ.
Рис.30
При возбуждении атомы хрома переходят из основного состояния с в состояние с. Затем через с они либо возвращаются в состояние с, либо переходят на метастабильный уровень , где их время жизни равно с.
При мощной накачке в оказывается больше атомов, чем в .
Самопроизвольный переход хотя бы одного атома из в вызывает лавинный переход остальных атомов – начинается лазерная генерация.
Лазерное излучение отличается рядом замечательных особенностей:
- строгая монохроматичность; разброс по длине волны составляет величину порядка нм;
- высокая временная и пространственная когерентность
- большая интенсивность;
- узость пучка.
В 50-х годах прошлого века появились первые устройства, которые усиливали, проходившие через них электромагнитные волны, за счет вынужденного излучения. В 1953 году советскими учеными Басовым и Прохоровым и независимо от них американским физиком Таунсом были созданы первые молекулярные генераторы, работающие в сантиметровом диапазоне электромагнитных волн и получившие название мазеры, за что в 1963 году всем трем ученым была присуждена Нобелевская премия.
В 1960 году американец Мейман сделал генератор вынужденного излучения на рубиновом стержне, работающий в оптическом диапазоне (оптический квантовый генератор) названный лазером. Чуть позже появился гелий-неоновый лазер. А в 1963 году были разработаны первые оптические квантовые генераторы на полупроводниках.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
На сайте allrefs.net читайте: ЛЕКЦИИ ПО КВАНТОВОЙ ФИЗИКЕ. КВАНТОВАЯ ОПТИКА...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Корень квадратный из частоты является линейной функцией атомного номера Z.
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов