И.Л. Кнунянц - Химическая энциклопедия, том 2 (1110088), страница 360
Текст из файла (страница 360)
Так, атом, находя)дябел в состоянии 2 с энергией И'г, может перейти в состояние 1 с меньшей энергией Ят„ испустив при этом фотон с частотой чг, = (Иг — Й'т)/Ь, где А-постоянная Планка (рис. 1). Излучат. переход может произойти как самопроизвольно (с п о нтанное непускание), так и под действием внеш.
электромагн. излучения (вынужденное, или индуцированное, непускание). При спонтанном испускании частота ч фотона может отличатьсл от ч, в нек-рых пределах Ач„, т.к. в реальной квантовой системе энергетнч, уровни не строго днскретны, а занимают нек-рые Р-цню осуществляют прн 200-300 "С в среде пиридина или без него.
При т-ре, превышающей 300'С, происходит расщепление цикла. Обычно в Л р 2- и 4-замешенные пнриднння образуются в соотношении - 2: 1; 3-замешенные производные получаются в незвачнтельных кол-вах. Выход продуктов ок. 75%. Присутствие кислотных катализаторов способствует протеканию изомеризацни в положение 2. И зомеризация иодистого Ы-пропилпирнлнния приводит к смеси солей изопропнлпиридиння с пренм, содержанием 2-изопропилпнрнднния В Л.р. вступаю~ также производные хннолина и нзохинолина. Р-пия открыта А. Лаленбургом в 1883.
лпм Брес сер дя х, эппель 'э л.екя ортапячшкшреекдап,пеп с англ, св 7. М, )95б, с )77, Обяы ортаяпческаэ ляыяэ, пер с англ, т а, М, шы,с Ы )4 Г Л Ы ютеко 11!3 )тха; эпп тг При вынужденном испускании фотоны неотличимы от внеш. фотонов, воздействующих на систему. В частности, если воздействующее излучение монохроматичио (частота ч') н имеет определенное направление распространения, нндуцнр. излучение имеет ту же частоту ч' и то же направление распространения. Вероятность вынуащенного испускания зависит от частоты ч' воздействующего излучения: она пропорциональна фактору 5(»2 чг,) и имеет значение тем бояьшее, чем ближе ч' к резонансной частоте ч,. Важным является то обстоятельство, что вероятность выйужденного испускания пропорциональна интенсивности воздействующей волны (плотности фотонов).
При обратном переходе 1 - 2 происходит поглощение фотона атомом на той же частоте ч ш вероятность к-рого также пропорциональна плотности фотонов воздействующей волны и фактору 5(ч, ч„). Поэтому преобладание вынужденного испускания над поглощением возможно лишь прн выполнении условия: 1(г(рг > Мт!д„где Р(г и Мэ — населенности состояний 2 и 1 соотв. (числа атомов в !114 562 ЛАЗЕР единице объема в.ва, находящихся на энергетич.
уровнях 2 и 1), дз и д, -статистич. веса этих состояний. При тсрмодинамнч. Равновесии вссгла Х, д, < р(с/д„поэтому условие АСз/дз — сч/с/дс>0, наз. инверсией населенности, м. б. обеспечено лишь в термодинамически неравновесной системе. Этого достигают н а к а ч к о й— подводом к системе энергии и созданием термодинамически неравновесного распределения частиц по энергетич. уровням системы. В-во, в к-ром создана инверсия населенности, наз. активной средой (активным в-вом).
В Л. отдельные акты вынужденного испускания превращ. в генерацию когерентиого электромагн, излучения бла. годара положит. обратной связи, при к-рой один испущенный фотон многократно вызывает новые акты вынужденного испускания точно таких же фотонов.
Первоисточником волны являются спонтанно испущениые фотоны, из к-рых наиб. число имеют резонансную частоту р„; под их воздействием начинается индуцир. испусканйе на той же частоте Постепенно фотоны с частотой тм станут доминировать над всеми остальными, т. е. сйстема начнет излучать ыонохроматич. электромагн, волну. Описанная обратная связь в Л. осуществляется с помощью резонатора, Простейший резонатор для излучения в оптич, диапазоне представляет собой два зеркала, между к-рыми помещается активная среда. Одно из зеркал делается частично прозрачным для выхода части излучения, используемого потребителем. Остальное излучение отражается от зеркала и вновь возвращается в активную среду, вызывая новые индуцир. переходы.
В результате происходит увеличение интенсивности волны-усиление. Для того чтобы усиление в активной среде скомпенсировало отвод из резонатора части излученной энергии, значение инверсной разности населенностей А/ч' = !че/дз — Асс/дт должно превышать определенное пороговое значение Адсп, к-рос зависит от длины Е активной среды между зеркалами, коэф. отражения г частично прозрачно~о зеркала и сечения о резонансного квантового перехода согласно соотношению: А/дп = (!/оЕ)!и !/, (1) Как правило, в пределы Арп спектральной линии активного в-ва может попадать песк. резонансных частот (резонансных мод) резонатора (рис. 3), главные из к-рых рас 3 Ссыатралеяая линяя алтае»ох орест л,нера а молы Сретоааасаые частоты) оотяч рсаояатора чц-та ч отлелены друг от друга частотным интервалом Ар = с/2(., тле с — скоросз.ь света в активной среде. Поэтому Л.
генерирует не одну частоту оо ры, а набор частот чт = »»+ус 2Ь (у — целое число), к-рые определяют спектр лазерйого из.сучения. С отстройкой частоты излучения от резонансного значения уменьшается вероятность инлуцир. перехода и аозраствсг пороговая инверсная населенность. Ряс 4 Просе яоыя схема лачера ! алто»лая и л, 2-оеоротрачоое ареала. 3 частачоо лротрачаое тераыы, через «о орое »суше»тын»сея вывод теасрартеыото амтчеаяа, 4 сястеыа ааяачяя (лясса-тморззрщные льыоы! Т.
обр., Л., работающий как генератор когерентного излучения, должен состоять из трех компонентов (рис. 4): системы накачки-устройства, поставляющего энергию в Л. для переработки ее в когерентную волну; активной среды, к-рая вбирает в себя энергию накачки и персизлучает ее в 1115 виде когерентного излучения, и резонатора, осуществляющего обратную связь Л.
может работать и как усилитель когерсныюго излучения. В этом случае обратная связь не обязательна, волна просто распространяе~ся по активной среде, уведичивая свою мощность (энергию). Размножение фотонов в резонаторе Л. и выход части из них через полупрозрачное зеркало люжно рассматрива~ь как разветвленную цепную р-цию рождения фотонов при индуцир. переходах и их адсорбцию на пов-сти зеркала Х с коэффициентом (1 — г) при каждом столкновении: А» ъ ядр А + (я+ 1)йр, (2) а лбу + Е-Фг(лйр) + Е, (3) где А» и А — возбужденные частицы в состояниях, между к-рыми происходит квантовый переход, л — число частиц в единице объема резонатора.
Если процесс накачки представить как превращ. А в А» вследствие передачи энергии при столкновении с нек-рыми условными частицами (1: А+ (3.3 А», (4) а релаксацию энергии возбуждения-как гибель возбужденных частиц А» при столкновении с условными частицами М: А» + М А + М, (5) то работу Л. можно описывать кинетич. ур-киями как изменение за время с в резонаторе числа фотонов Ыя/с/г и изменение за время с концентраций частиц с/[А»]/с/г и с([А)/с(!с с(я/с/г + !схл = Вл([А»)/д'- [А)/д); с/[А')/сй -1- йы [М] [А*] — Вя([А»]/д* — [А]/д) = = /со[О][А)! (б) с([А)/с/! — !сы [М) [А») + Вл([4»]/д» вЂ” [А)/д) = = — !с, Я) [А), где д и д»-статистич, веса соответствующих состояний; В, !с, йо и !си-константы скорости процессов (2), (3), (4) и (5) соответственно.
Их значения легко связать с сечением о, параметрами резонатора Е и г, св-вами активного в-ва, способом накачки; тогда ур-ния (6) выражают осн. энергстич. соотношения при генерации Л. когерентного излучения. Они позволяют применять для расчетов методы, разработанные для нелинейных хим. процессов (см. Неравесовесиая химическая киесвтика). Накачка Л.
Создание в активном в-ве инверсии населенности производится разными способами, Чаще всего используют воздействие на в-во электрома|н. излучения (оптич. накачка), электрич. разряда, пучка электронов с энергией от песк. десятков эВ до МэВ (электронный удар), высокотемпературный нагрев в-ва с послед. быстрым охлаждением (тепловая накачка), экзотермич. хим. р-ции а в-ве, инжекцию носителей заряда в область р-я-перехода в пояупроводнике под действием электрич. поля. Рассмотрим нек-рые способы накачки. Оптич, накачку осуществляют чаще всего с помощью газоразрядных ламп в импульсном или непрерывном режимах работы.
Поскольку их излучение имеет широкий спектр, в качестве активной среды необходимо применять материалы с широкими полосами поглощения. Однако с ростом ширины спектральной линии уменъшается сечение о и потому трудно достичь пороговых значений Ь/дп, согласно (1). Задачу решают для разл. активных сред по-разаому. Рассмотрим, напр., схему накачки рубинового Ло в к-ром для создания инверсной населенности используют энергетич.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
