Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



Возбужденное состояние Невозбужденное состояние




Читайте также:
  1. D17.Как вы оцениваете своё психологическое состояние на данном этапе вашей жизни?
  2. I. Современное состояние проблемы
  3. VII ВЛЮБЛЕННОСТЬ, ЭКСТАЗ И СОСТОЯНИЕ ГИПНОЗА
  4. Бригадир пути по контролю за состоянием пути.
  5. В борьбе за свое состояние
  6. Ввиду факта, что церемониальным людоедством занимались, физическое состояние Молодого Тамлэйн имеет зловещее значение.
  7. Влияние некоторых условий и характерных особенностей учебного труда студента на состояние его организма и работоспособность
  8. Воздействие на физиологическое состояние
  9. ВОПРОС№38:Основные тенденции развития экономикиЕвропы в нач 20 в. Соц-эк состояние бел губерний в 1900-1914гг.Столыпинская аграрная реформа.

 

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

Невозбужденное 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 см, т. е. = Гц).

1 эВ = 1.6 10-19 Дж = 8.1 103 см-1;

1 см-1=2 10-23 Дж = 1.24 10-4 эВ.

 

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 электромагнитного излучения определится по формуле Планка:

 

(2.1)

 

h=6,6 10-34 Дж с – постоянная Планка. Энергия фотона равна - разности энергии уровней между которыми происходит переход (Рис. а).

 

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:



 

(2.2)

в левой части равенства скорость перехода, «–» указывает на снижение N2 ,

А – вероятность спонтанного излучения, называемая коэффициентом Эйнштейна. А=1/ , - называется спонтанным временем жизни. Численные значения А и зависят от конкретного перехода. При спонтанном излучении электромагнитная волна кванта имеет произвольную фазу и направление распространения, т.е. излучение не когерентное. Скорость изменения числа (“рождения”) новых фотонов:

 

(2.3)

 

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:

 

, (2.4)

 

- вероятность вынужденного перехода , но в отличии от А зависит не только от конкретного электронного перехода, но и интенсивности облучения.

Для плоской электромагнитной волны .

с – скорость фотонов (света), F- плотность фотонов , - сечение вынужденного излучения [м2] зависит только от характеристик энергетического перехода.

Скорость изменения числа новых фотонов:

 

(2.5)

 

Поглощение

Предположим, что атом находился на уровне E1. Пусть на вещество воздействует квант энергии с частотой излучения . В таком случае существует конечная вероятность того, что атом перейдет на уровень с энергией E2. Разность энергий Е2 – Е1 , необходимая для такого перехода, берется из энергии фотона. Это есть процесс поглощения.

По аналогии с предыдущими процессами. Процесс поглощения (рис. ) описывается:

 

(2.6)

 

- вероятность поглощения, - число атомов в единице объёма, которые в данный момент времени находятся на уровне E1. Аналогично предыдущему случаю вынужденного излучения:

 

.

- сечение поглощения,

 

Скорость поглощения фотонов:



 

(2.7)

 

как показал Эйнштейн, , = , т.е. - сечение рассматриваемого перехода. - вероятности вынужденного излучения и поглощения равны друг другу. = 10-12 – 10-24 см2.

Процесс поглощения. Графическое – качественное отображение.

Рис.

 


Дата добавления: 2015-09-13; просмотров: 12; Нарушение авторских прав







lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2021 год. (0.022 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты