Читальный зал -->  Наземные лазерные дальномеры 

1 2 3 [ 4 ] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63

Ег. В соответствии с условием Нильса Бора частота излучения определяется соотношением (рис. 1, б).

Eg- Е, = h V2-,i .

Точно так же можнф сказать, что и частота поглоще-ния связана с энергией системы соотношением (рис. 1, а)

Ег-Ei = h vi,2.

Таким образом, если сообщать системе дополнительную энергию на частоте перехода, то это можно графически представить как переход частиц с нижнего уровня на верхний. Энергия системы возрастает. Если же система излучает энергию, то это графически можно представить как переход частиц с верхнего уровня на нижний. Первое состояние системы, когда число частиц на верхнем уровне меньше, чем на нижнем, характеризуется выражением Больцмана

ДЕ he

; 1

где.Пг-число частиц на верхнем уровне (его населенность), П]-число частиц на нижнем уровне (его насе-

ленность), К - постоянная Больцмана, 5,67-10--3-jri

с i\ 1

Т - абсолютная температура.

.. Такое состояние системы носит название равновесного, в этом случае говорят - система находится в тепловом равновесии. А. Эйнштейн показал, что если допустить формально, что Т < О, то знак в показателе степени изменится на противоположный. Это будет справедливо лишь для случая, когда П2>П1, т. е. на верхнем уровне число единиц больше, чем на нижнем. Если населенность верхнего уровня больше, чем нижнего, го-говорят об инверсной населенности. Вследствие того, что формально это было получено за счет изменения знака температуры, то состояние такой системы часто называют состоянием с отрицательной температурой. Система, находящаяся в таком состоянии, может стать источником энергии, т. е.генератором.

Теоретически доказано, а экспериментально подтверждено, что если система имеет инверсную населенность, то имеется определенная вероятность того, что через некоторый промежуток времени она перейдет в равновесное состояние и произойдет излучение энергии. Эта

Рис. 2. Схема взаимодействия излучения со средой

вероятность имеет две составляющие: постоянную и переменную. Постоянная составляющая вероятности перехода из верхнего состояния в нижнее аналогична вероятности распада радиоактивного вещества: она зависит от свойств системы и данного перехода и не зависит от внешних факторов. Переменная составляющая линейно зависит от плотности энергии поля на частоте перехода, действующего на систему извне. Наличие поля на частоте перехода повышает вероятность излучения системой, находящейся в верхнем состоянии.

Если поле, действующее на систему извне, отсутствует, то процесс перехода, сопровождаемый излучением, дает так называемое спонтанное излучение.

Если же на систему действует внешнее поле на частоте перехода, то процесс спонтанного излучения совершается по-прежнему. Однако внешнее поле на частоте перехода повышает вероятность этого перехода, вызывая излучение, находящееся в определенном фазовом соотношении с внешним полем. Причем вынужденные фотоны вылетают в том же направлении, что и влетевший. Этот процесс называется вынужденным или индуцированным излучением *. ,

Иллюстрация характера поглощения и излучения средой с различной населенностью уровней приведена на рис. 2. В левой части рисунка показан процесс поглощения энергии средой с равновесной населенностью (с положительной температурой). В правой части показан процесс излучения энергии (усиления ее) средой, находящейся в состоянии с отрицательной температурой, т. е.

* Упорядоченный поток вынужденного излучения требует инверсной населенности, хаотическое излучение существует всегда, при любой населеиностн уровней.

имеющей инверсную населенность энергетических урой-ней. В общем виде эти процессы описываются выражением

где Jq -интенсивность светового потока, падающего на среду, J-интенсивность светового потока на выходе из среды, а коэффициент поглощения (усиления), 1 - путь, проходимый излучением в среде (толщина среды).

Коэффициент а зависит от того, сколько частиц среды находится на верхнем и нижнем уровнях, т. е. их населенности:

ai2= (ni-пг) Gi2,

здесь Gi2 - поперечное сечение поглощения, равное вероятности взаимодействия света с длиной волны с системой

К = hc/AEi2.

Если взятая нами среда находится в инверсном состоянии П2>П1, то

... а= (П1-Пг) Gi2< 0.

Таким образом, а = (oi- Па G12 > О и тогда J/Jo=e-oi=ei( =- >io- >1.

Отношение J/Jo позволяет характеризовать вышедшее из среды излучение количественно. Из последнего выражения следует, что для увеличения выходного излучения необходимо увеличивать инверсию, поскольку в этом случае увеличивается число частиц, принимающих участие в выделении энергии, предварительно запасенной в среде *.

Академиком А. М. Прохоровым было предложено использование системы из двух зеркал, между которыми следовало располагать среду. При этом используется

* При естественном (Больцмановском) распределении населен-ностсн вынужденное излучение всегда меньше поглощения. Однако с ростом температуры и длины волны его доля быстро возрастает. Например, в воздухе при длине волиы 0,4 мкм и Т = 600 К поглощение практически преобладает полностью. Но в дальней инфракрасной области при Л = 40 мкм, даже при 300 К мощность вынужденного излучения составляет уже около 1/3 мощности поглощения. В области же радиоволн при волне I см разность между ними падает до 47о, при волне 1 м - до 0,00045, а при .100 м всего лишь до 6 10- т. е. они практически компенсируют друг друга безо всякой инверсной населенности.

1 2 3 [ 4 ] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.