Люминесценция. Спонтанное и вынужденное излучение. Лазеры

Излучение телами электромагнитных волн за счет любого вида энергии, кроме тепловой, называется люминесценцией. Степень преобразования поглощения энергии в энергию люминисценции называется энергетическим выходом люминисценции . Под длительностью свечения понимают время в течении которого интенсивность люминисцентного свечения уменьшается в Е=2,71 раза. В ряде случаев люминисценция возникает сразу и прекращается через секунд после прекращения воздействия излучения. Этот частный случай люминисценции называют флюоресценция. Ряд веществ (фосфор) обладают большой длительностью свечения после прекращения воздействия, такой вид люминисценции называется фосфоросценцией.

Атом может излучать эн-гию только в том случае, если он за счет поглощения эн-гии из вне возбужден, т.е. переведен из осн-го энергет-го сост-я в одно из возбужденных. Излучение,испускаемое при самопроизвольном переходе атома из одного состояния в другое, наз-ся спонтанным или самопроизвольным излучением. Спонтанное излучение различных атомов происходит некогерентно, т.к. каждый атом начинает и заканчивает излучение независимо от других. В 1916 г А. Эйнштейн предсказал, что переходы электрона в атоме с верхнего энергетического уровня на нижний с испусканием излучения могут происходить под влиянием внешнего электромагнитного поля. Такое излучение называют вынужденным или индуцированным. Вероятность индуцированного излучения резко возрастает при совпадении частоты электромагнитного поля с собственной частотой излучения возбужденного атома.Т.о, в результате взаимодействия возбужденного атома с фотоном получаются два совершенно одинаковых по энергии и направлению движения фотона- близнеца. С точки зрения волновой теории атом излучает электромагнитную волну, совершенно одинаковую по направлению распространения, частоте, фазе и поляризации с той, которая вынудила атом излучать. В итоге получается результирующая волна с амплитудой большей, чем у падающей. Особенностью индуцированного излучения является то, что оно монохроматично и когерентно. Это свойство положено в основу устройства лазеров.

Одним из самых замечательных достижений физики второй половины двадцатого века было открытие физических явлений, послуживших основой для создания удивительного прибора- оптического квантового генератора, или лазера. Физической основой работы лазера служит явление индуцированного излучения.

Лазер- это источник (генератор) электромагнитного излучения.

Принцип работы лазера и св-во лазерного излучения. Основы нелинейной оптики.

В 1960 в США был создан 1 Л.- квантовый генератор э/м волн в видимом диапазоне спектра. Лазер- усиление света с помощью вынужденного излучения. Л. генерируют в видимой, инфракрасной и ближней ультрафиолетовых областях. Типы Л.: *твердотельные,* газовые, * п/проводниковые, *жидкостные. Л. имеет 3 основных компонента: 1) активную среду, в кот.создаются состояния с инверсией населенности. 2) систему накачки (устр-во для создания накачки в активной среде), 3) оптический резонатор (устр-во, выделяющее в пр-во избирательное направление пучка фотонов и формирующее выходящий световой пучок). Св-Ва: 1) Л. способны создавать очень узкие пучки света. 2) Строгая монохроматичность (атомы излучают свет согласовано).3) Большая мощность излучения. КПД Л. колеблется в пределах от 0,01% (для гелий-нейонового Л.) до 75% (для Л. нак стекле с неодиодом). У большинства Л КПД=0,1-1%. Принцип действия: В обычных условиях большинство атомов нах. в низшем энергетическом состоянии. Поэтому при низких температурах в-ва не светятся. При прохождении э/м волны ч/з в-во происходит поглощение э/м энергии. Под действием энергии часть атомов возбуждается, т.е. переходит в высшее энергетическое состояние. При этом от светового пучка отнимается энергия равная разности энергий м/у уровнями Е2 и Е1. Электрон нах. на нижнем уровне. Возбужденный атом м. отдать свою энергию соседним атомам при столкновении или испустить фотон в любом направлении. Применение: *для скоростного и точного обнаружения дефектов в изделии,* для тончайших операций,* в измерительной технике,* в голографии(объемные изображения предметов, используя когерентность лазерного луча),* резания микросварки тв. Металлов (напр. пробивание отверстий в алмазе лазерным лучом сократило время с 24 ч. до 6-8 мин.)