![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Возбужденное состояние Невозбужденное состояние
Это происходит за счет поглощения энергии извне. При этом энергия электронов не изменятся, т.е. они находятся на одних и тех же энергетических уровнях. В некоторых случаях возможно одновременное действие 1 и 2 способов изменения внутренней энергии. Изменение внутренней энергии частиц можно изобразить графически: Возбужденное состояние
N1 и N2 в [1/м3] – число частиц в единице объёма находящихся на энергетических уровнях Е1 и Е2 в возбужденном и невозбужденном состоянии соответственно; Е1 и Е2 – внутренняя энергия в ДЖ, ЭВ или в см-1 Изменение внутренней энергии частиц от Е1 до Е2 и наоборот, называют энергетическим переходом. Направление энергетического перехода указывается стрелкой. В квантовой электронике энергию элементарных частиц и возбуждения выражают обычно не в Дж а в эВ. (1 см-1 – энергия фотона с 1 эВ = 1.6 1 см-1=2
Спонтанное излучение
Допустим частица находится в возбужденном состоянии, т.е. на Е2 > Е1. Возбужденное состояние, как правило, оказывается (является) неустойчивым и непродолжительным (обычно не более 10-7- 10-8 с.). Электрон с энергетического уровня Е2 возвращается на прежний, основной уровень Е1. В атоме (молекуле или ионе) выделяется энергия равная Е2 – Е1. Когда эта энергия высвобождается в виде кванта электромагнитной энергии, т.е. фотона – процесс называют спонтанным излучением (рис. а). Частота
h=6,6
а) б) в) Рис.
Процесс спонтанного излучения. “Гибель” частиц и “Рождение” фотонов. Рис
Следует отметить, что переход может произойти без излучения. Тогда разности энергии выделяются в другой форме, например, переходит в кинетическую энергию теплового движения молекул. Процесс спонтанного излучения (рис. ) описывается следующим образом. Допустим в момент t на уровне E2 находятся N2 атомов (в единице объема). Скорость перехода (“гибели”) этих атомов в следствии спонтанного излучения на нижний уровень, очевидно, пропорциональна N2 , исходя из сказанного можно записать:
в левой части равенства скорость перехода, «–» указывает на снижение N2 , А – вероятность спонтанного излучения, называемая коэффициентом Эйнштейна. А=1/
Вынужденное излучение Предположим что на вещество, в котором атомы находятся на уровне E2попадает фотон, т.е. квант электромагнитного излучения, с частотой равной частоте спонтанного излучения. В этом случае, при взаимодействии фотона с возбужденным атомом существует конечная вероятность того, что падающая волна вызывает переход атома с уровня E2на уровень E1. При этом разность энергий E2 – E1 выделится в виде кванта электромагнитного излучения в дополнение к имеющемуся (рис. б). Это и есть процесс вынужденного излучения. При вынужденном излучении электромагнитная волна нового фотона совпадает с фазой электромагнитных колебаний инициирующего фотона. Новый фотон имеет строго определенное направление распространения (как правило совпадает с направлением инициирующего фотона).
Процесс вынужденного излучения. Графическое – качественное отображение. Рис.
Аналогично спонтанному излучению процесс вынужденного излучения (рис. ) можно описать уравнением:
Для плоской электромагнитной волны с – скорость фотонов (света), F- плотность фотонов Скорость изменения числа новых фотонов:
Поглощение Предположим, что атом находился на уровне E1. Пусть на вещество воздействует квант энергии с частотой излучения По аналогии с предыдущими процессами. Процесс поглощения (рис. ) описывается:
Скорость поглощения фотонов:
как показал Эйнштейн, Процесс поглощения. Графическое – качественное отображение. Рис.
|