Trzy rodzaje przejść elektronowych między poziomami energetycznymi

Transkrypt

1 Trzy rodzaje przejść elektronowych między poziomami energetycznymi absorpcja elektron przechodzi na wyższy poziom energetyczny dzięki pochłonięciu kwantu o energii równej różnicy energetycznej poziomów docelowego i wyjściowego E2 E2 emisja spontaniczna zgodnie z naturalną tendencją wszystkich układów fizycznych do przyjmowania najniższej z możliwych energii wzbudzony elektron po pewnym czasie samorzutnie powraca do stanu podstawowego wypromieniowując przy tym kwant o energii równej różnicy energetycznej poziomów wyjściowego i docelowego. Promieniowanie samorzutne cechuje izotropowy rozkład przestrzenny i chaotyczny rozkład fazy drgań. emisja wymuszona przez obszar wzbudzonego atomu przelatuje foton o energii odpowiadającej energii istniejącego już wzbudzenia wymuszając powrót elektronu do stanu niższego z jednoczesnym wypromieniowaniem fotonu identycznego pod każdym względem z fotonem wymuszającym (fotony wymuszający i wymuszony są zgodne co do częstotliwości, fazy, kierunku i polaryzacji)

2 Absorpcja dt 2 B12 N1 I( ν ) Emisja spontaniczna dt Emisja wymuszona dt 1 A21 N 2 I( 1 B ν 21 N2 ) W warunkach równowagi 1 2 dt dt B 12 N1 I υ ) [ A21 + B21 I( υ)] ( N 2

3 Prawo Boltzmanna dla rozkładu obsadzeń W warunkach równowagi termodynamicznej rozkład obsadzeń dwóch stanów energetycznych opisywany jest zależnością: E2 E1 kt N2 / N1 e!!! W stanie równowagi termodynamicznej w niezbyt wysokich temperaturach obsadzenie wzbudzonych stanów atomowych jest znikome. Emisja wymuszona i absorpcja promieniowania są procesami jednakowo prawdopodobnymi jeśli występują w identycznych warunkach. W równowadze termodynamicznej zawsze ilość atomów w stanie podstawowym przeważa nad ilością atomów w stanie wzbudzonym i dlatego absorpcja jest procesem o przytłaczającej przewadze nad emisją wymuszoną, wobec czego przechodzące przez ośrodek światło ulega osłabieniu. Inwersja obsadzeń Stan, w którym obsadzenie poziomu o wyższej energii jest większe od obsadzenia poziomu o niższej energii nazywamy inwersją obsadzeń. Uzyskuje się ten stan w drodze tzw. pompowania (np. pompowanie optyczne) w pewnych układach co najmniej 3-poziomowych.!!! W ośrodku z inwersją obsadzeń emisja wymuszona dominuje nad absorpcją. Jeśli zatem przepuścimy przez taki ośrodek równoległą wiązkę monochromatyczną o odpowiedniej częstotliwości, to wówczas zamiast osłabienia dojdzie do jej wzmocnienia.

4 Warunki otrzymywania promieniowania spójnego w ośrodku czynnym: wytworzenie w ośrodku czynnym stanu inwersji (odwrócenia) obsadzeń wystarczającego na to, aby wzmocnienie wiązki przewyższyło wszelkie możliwe straty jej natężenia (pompowanie ośrodka czynnego) wstępne naświetlenie ośrodka czynnego promieniowaniem wymuszającym o gęstości mocy dostatecznej na to, by efektywnie spowodować emisję wymuszoną w określonym, celowo wybranym kierunku (zastosowanie komory rezonansowej rezonatora)

5 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Własności promieniowania laserowego: spójność daleko posunięta monochromatyczność mała rozbieżność wiązki znaczna gęstość mocy

6