Stimulyasiya edilmiş emissiya müəyyən tezlikdə gələn fotonun həyəcanlanmış atom elektronu (və ya digər həyəcanlanmış molekulyar vəziyyət) ilə qarşılıqlı əlaqədə olması və onun daha aşağı enerji səviyyəsinə düşməsinə səbəb olan prosesdir. Buraxılan enerji elektromaqnit sahəsinə ötürülür və hadisə dalğasının fotonları ilə eyni olan faza, tezlik, qütbləşmə və hərəkət istiqamətinə malik yeni foton yaradır. Və bu, ətrafdakı elektromaqnit sahəsini nəzərə almadan təsadüfi fasilələrlə işləyən kortəbii şüalanmadan fərqli olaraq baş verir.
Stimulyasiya edilmiş emissiya əldə etmək üçün şərtlər
Proses, udulmuş fotonun enerjisinin eyni, lakin əks atomik keçidə səbəb olduğu atom udma ilə eynidir: aşağıdandaha yüksək enerji səviyyəsi. İstilik tarazlığında olan normal mühitlərdə udma stimullaşdırılmış emissiyanı üstələyir, çünki aşağı enerji vəziyyətlərində yüksək enerji vəziyyətlərinə nisbətən daha çox elektron var.
Lakin populyasiyanın inversiyasının mövcud olduğu zaman, stimullaşdırılmış emissiyanın sürəti udma sürətini üstələyir və təmiz optik gücləndirmə əldə edilə bilər. Belə gücləndirici mühit optik rezonatorla birlikdə lazer və ya maserin əsasını təşkil edir. Əks əlaqə mexanizmi olmayan lazer gücləndiriciləri və superlüminessent mənbələr də stimullaşdırılmış emissiya əsasında işləyir.
Stimulyasiya edilmiş emissiyanın əldə edilməsi üçün əsas şərt nədir?
Elektronlar və onların elektromaqnit sahələri ilə qarşılıqlı əlaqəsi kimya və fizikanı başa düşmək üçün vacibdir. Klassik baxışa görə, atom nüvəsi ətrafında fırlanan elektronun enerjisi atom nüvəsindən uzaq orbitlər üçün daha böyükdür.
Bir elektron işıq enerjisini (fotonları) və ya istilik enerjisini (fononları) udduqda, bu hadisə kvant enerjisini alır. Lakin keçidlərə yalnız aşağıda göstərilən ikisi kimi diskret enerji səviyyələri arasında icazə verilir. Bu emissiya və udma xətləri ilə nəticələnir.
Enerji aspekti
Sonra biz induksiya edilmiş şüalanmanın alınmasının əsas şərti haqqında danışacağıq. Bir elektron aşağı enerji səviyyəsindən daha yüksək enerji səviyyəsinə həyəcanlandıqda, əbədi olaraq bu şəkildə qalması mümkün deyil. Həyəcanlı vəziyyətdə olan bir elektron daha aşağı səviyyəyə qədər parçalana bilərbu keçidi xarakterizə edən müəyyən zaman sabitinə uyğun olaraq işğal olunmayan enerji vəziyyəti.
Belə bir elektron xarici təsir olmadan, foton yayaraq parçalandıqda, buna kortəbii emissiya deyilir. Buraxılan fotonla əlaqəli faza və istiqamət təsadüfi olur. Beləliklə, belə həyəcanlı vəziyyətdə çoxlu atomları olan bir material dar spektrli (mərkəzi bir işıq dalğası ətrafında) olan radiasiya ilə nəticələnə bilər, lakin ayrı-ayrı fotonların ümumi faza əlaqələri olmayacaq və həmçinin təsadüfi istiqamətlərdə yayılacaqlar. Bu, flüoresan və istilik əmələ gəlməsi mexanizmidir.
Keçidlə əlaqəli tezlikdə xarici elektromaqnit sahəsi udulmadan atomun kvant mexaniki vəziyyətinə təsir göstərə bilər. Atomdakı elektron iki stasionar vəziyyət arasında keçid etdikdə (onların heç biri dipol sahəsini göstərmir), o, dipol sahəsinə malik olan keçid vəziyyətinə keçir və xarakterik tezlikdə salınan kiçik elektrik dipolu kimi fəaliyyət göstərir.
Bu tezlikdə xarici elektrik sahəsinə cavab olaraq elektronun belə vəziyyətə keçməsi ehtimalı əhəmiyyətli dərəcədə artır. Beləliklə, iki stasionar vəziyyət arasında keçid sürəti kortəbii emissiyanın böyüklüyünü üstələyir. Daha yüksək enerji vəziyyətindən aşağı enerji vəziyyətinə keçid, hadisə fotonu ilə eyni faza və istiqamətə malik əlavə bir foton yaradır. Bu, məcburi emissiya prosesidir.
Açılış
Stimulyasiya edilmiş emissiya Eynşteynin köhnə kvant nəzəriyyəsi altında nəzəri kəşfi idi, burada şüalanma elektromaqnit sahəsinin kvantları olan fotonlarla təsvir edilir. Belə şüalanma fotonlara və ya kvant mexanikasına istinad etmədən klassik modellərdə də baş verə bilər.
Stimulyasiya edilmiş emissiya iki elektron enerji vəziyyətindən birində, daha aşağı səviyyəli vəziyyətdə (ehtimal ki, əsas vəziyyət) və həyəcanlı vəziyyətdə, müvafiq olaraq E1 və E2 enerjiləri ilə ola bilən atom nəzərə alınmaqla riyazi olaraq modelləşdirilə bilər.
Əgər atom həyəcanlanmış vəziyyətdədirsə, o, spontan emissiya prosesi vasitəsilə daha aşağı vəziyyətə parçalana bilər və iki vəziyyət arasındakı enerji fərqini foton kimi buraxa bilər.
Alternativ olaraq, həyəcanlanmış vəziyyət atomu ν0 tezlikli elektrik sahəsi ilə pozularsa, o, eyni tezlikdə və fazada əlavə bir foton buraxa bilər və bununla da xarici sahəni artıraraq atomu daha aşağı enerji vəziyyətində qoyur.. Bu proses stimullaşdırılmış emissiya kimi tanınır.
Proporsionallıq
Sontan və induksiya emissiyasını təyin etmək üçün tənliklərdə istifadə edilən B21 mütənasiblik sabiti həmin xüsusi keçid üçün Eynşteyn əmsalı B kimi tanınır və ρ(ν) ν tezliyində hadisə sahəsinin şüalanma sıxlığıdır. Beləliklə, emissiya sürəti həyəcanlanmış N2 vəziyyətindəki atomların sayı və hadisə fotonlarının sıxlığı ilə mütənasibdir. Mahiyyət belədirstimullaşdırılmış emissiya hadisələri.
Eyni zamanda atom udma prosesi baş verəcək ki, bu da sahədən enerjini çıxarır, elektronları aşağı vəziyyətdən yuxarıya qaldırır. Onun sürəti mahiyyətcə eyni tənliklə müəyyən edilir.
Beləliklə, xalis güc bu xalis keçid sürətinin h dəfə fotonun enerjisinə bərabər olan elektrik sahəsinə buraxılır. Bunun ümumi kortəbii və induksiya emissiyasını göstərən müsbət ədəd olması üçün həyəcanlı vəziyyətdə aşağı səviyyədəkindən daha çox atom olmalıdır.
Fərqlər
Adi işıq mənbələri (spontan emissiyadan asılıdır) ilə müqayisədə stimullaşdırılmış emissiyanın xüsusiyyətləri ondan ibarətdir ki, buraxılan fotonlar gələn fotonlarla eyni tezlik, faza, qütbləşmə və yayılma istiqamətinə malikdir. Beləliklə, cəlb olunan fotonlar qarşılıqlı əlaqəlidir. Buna görə də inversiya zamanı baş verən şüalanmanın optik gücləndirilməsi baş verir.
Enerji Dəyişikliyi
Stimulyasiya edilmiş emissiyanın yaratdığı enerji həmişə onu stimullaşdıran sahənin dəqiq tezliyində olsa da, sürətin hesablanmasının yuxarıdakı təsviri yalnız xüsusi optik tezlikdə həyəcanlanmaya, stimullaşdırılan (və ya kortəbii) gücünə aiddir. emissiya adlanan xətt şəklinə görə azalacaq. Atom və ya molekulyar rezonansa təsir edən yalnız vahid genişlənməni nəzərə alaraq, spektral xətt forması funksiyası Lorentz paylanması kimi təsvir edilir.
Beləliklə, stimullaşdırılmış emissiya bununla azalırəmsal. Təcrübədə qeyri-homogen genişlənmə nəticəsində xəttin formasının genişlənməsi də, ilk növbədə, müəyyən temperaturda qazda sürətlərin paylanması nəticəsində yaranan Doppler effektinə görə baş verə bilər. Bu, Gauss formasına malikdir və xətt forması funksiyasının pik gücünü azaldır. Praktik problemdə tam xətt forması funksiyası cəlb olunan fərdi xətt forması funksiyalarını birləşdirməklə hesablana bilər.
Stimulyasiya edilmiş emissiya optik gücləndirmə üçün fiziki mexanizm təmin edə bilər. Xarici enerji mənbəyi əsas vəziyyətdə olan atomların 50%-dən çoxunu həyəcanlı vəziyyətə keçməyə stimullaşdırırsa, populyasiya inversiyası adlanır.
Müvafiq tezlikli işıq ters çevrilmiş mühitdən keçdikdə, fotonlar ya əsas vəziyyətdə qalan atomlar tərəfindən udulur, ya da həyəcanlanmış atomları eyni tezlik, faza və istiqamətdə əlavə fotonlar buraxmaq üçün stimullaşdırır. Həyəcanlı vəziyyətdə əsas vəziyyətdə olduğundan daha çox atom olduğundan, nəticə giriş intensivliyində artımdır.
Radiasiyanın udulması
Fizikada elektromaqnit şüalanmanın udulması fotonun enerjisinin maddə, adətən atomun elektronları tərəfindən udulması üsuludur. Beləliklə, elektromaqnit enerjisi istilik kimi absorberin daxili enerjisinə çevrilir. Mühitdə yayılan işıq dalğasının bəzi fotonlarının udulması səbəbindən intensivliyinin azalması çox vaxt zəifləmə adlanır.
Normal olaraq dalğa udmaonların intensivliyindən (xətti udma) asılı deyil, baxmayaraq ki, müəyyən şərtlərdə (adətən optikada) mühit ötürülən dalğaların intensivliyindən və doymuş udulmadan asılı olaraq şəffaflığı dəyişir.
Verilmiş mühitdə radiasiyanın nə qədər tez və effektiv şəkildə udulduğunu ölçməyin bir neçə yolu var, məsələn, absorbsiya əmsalı və bəzi yaxından əlaqəli törəmə kəmiyyətlər.
Sütləmə faktoru
Bir neçə zəifləmə faktoru xüsusiyyətləri:
- Bəzən, lakin həmişə olmasa da, udma faktoru ilə sinonim olan zəifləmə faktoru.
- Molar udma qabiliyyəti molyar sönmə əmsalı adlanır. Bu, udulmanın molaritə bölünməsidir.
- Kütlə zəifləmə faktoru udma əmsalının sıxlığa bölünməsidir.
- Udulma və səpilmə en kəsiyləri əmsallarla sıx bağlıdır (müvafiq olaraq udma və zəifləmə).
- Astronomiyada yox olma sönüm faktoruna ekvivalentdir.
Tənliklər üçün sabit
Şüalanmanın udulmasının digər ölçüləri penetrasiya dərinliyi və dəri effekti, yayılma sabiti, zəifləmə sabiti, faza sabiti və kompleks dalğa sayı, kompleks sındırma indeksi və söndürmə əmsalı, kompleks keçiricilik, elektrik müqaviməti və keçiricilikdir.
Udulma
Udulma (həmçinin optik sıxlıq adlanır) və optikdərinlik (həmçinin optik qalınlıq adlanır) bir-biri ilə əlaqəli iki ölçüdür.
Bütün bu kəmiyyətlər ən azı müəyyən dərəcədə bir mühitin radiasiyanı nə qədər udduğunu ölçür. Bununla belə, müxtəlif sahə və metodların praktikantları adətən yuxarıdakı siyahıdan götürülmüş fərqli dəyərlərdən istifadə edirlər.
Obyektin udulması onun nə qədər düşən işığın udulduğunu (əksetmə və ya sınma əvəzinə) kəmiyyətlə müəyyən edir. Bu, Beer-Lambert qanunu vasitəsilə obyektin digər xüsusiyyətləri ilə əlaqəli ola bilər.
Bir çox dalğa uzunluqlarında absorbansın dəqiq ölçülməsi nümunənin bir tərəfdən işıqlandırıldığı absorbsiya spektroskopiyasından istifadə edərək maddəni müəyyən etməyə imkan verir. Absorbsiyanın bir neçə nümunəsi ultrabənövşəyi ilə görünən spektroskopiya, infraqırmızı spektroskopiya və rentgen udma spektroskopiyasıdır.
Tətbiq
Elektromaqnit və induksiya edilmiş şüalanmanın udulmasını başa düşmək və ölçmək çoxlu tətbiqlərə malikdir.
Məsələn, radio ilə paylandıqda, o, gözdən kənarda təqdim olunur.
Lazerlərin stimullaşdırılmış emissiyası da yaxşı məlumdur.
Meteorologiya və klimatologiyada qlobal və yerli temperatur qismən radiasiyanın atmosfer qazları (məsələn, istixana effekti), eləcə də quru və okean səthləri tərəfindən udulmasından asılıdır.
Tibbdə rentgen şüaları müxtəlif toxumalar (xüsusən də sümük) tərəfindən müxtəlif dərəcədə udulur, bu da rentgenoqrafiyanın əsasını təşkil edir.
Kimya və materialşünaslıqda da fərqli olaraq istifadə olunurmateriallar və molekullar müxtəlif tezliklərdə radiasiyanı müxtəlif dərəcələrdə udur və materialın müəyyən edilməsinə imkan verir.
Optikada günəş eynəkləri, rəng filtrləri, boyalar və digər oxşar materiallar hansı görünən dalğa uzunluqlarını və hansı nisbətlərdə udulduğunu nəzərə almaq üçün xüsusi olaraq hazırlanmışdır. Eynəklərin quruluşu stimullaşdırılmış emissiyanın göründüyü şərtlərdən asılıdır.
Biologiyada fotosintetik orqanizmlər xloroplastların aktiv bölgəsində udulmaq üçün müvafiq dalğa uzunluğunda işığı tələb edir. Bu, işıq enerjisinin şəkərlər və digər molekullar daxilində kimyəvi enerjiyə çevrilməsi üçün lazımdır.
Fizikada məlumdur ki, Yerin ionosferinin D bölgəsi yüksək tezlikli elektromaqnit spektrinə düşən və induksiya edilmiş şüalanma ilə əlaqəli olan radio siqnallarını əhəmiyyətli dərəcədə udur.
Nüvə fizikasında nüvə radiasiyasının udulması maye səviyyələrini, densitometriyanı və ya qalınlıq ölçmələrini ölçmək üçün istifadə edilə bilər.
İnduksiya edilmiş şüalanmanın əsas tətbiqləri kvant generatorları, lazerlər, optik cihazlardır.
