yavor2 (553175), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Для практических применений явления люминесценции большое значение имеет оценка той доли энергии возбуждающего света, которая переходит в собственное свечение вещества. Этот вопрос изучался академиком С. И. Вавиловым. Отношение энергии, которая испускается при Рис 79.1. фотолюминесценции, к поглощаемой энергии возбуждающего света называется знергетическилг выходом, фотолюминесценции.
Как доказал С. И. Вавилов, энергетический выход фотолюминесценции ?'.? зависит от длины волны Л возбуждагощего света (рнс. 79.1). 341 Закон Вавилова можно объяснить, если ввести представление о коантовом выходе фотолюминесценции. Так называется отношение числа фотонов люминесцентного света к числу фотонов возбуждающего света, которое соответствует определенному заданному запасу энергии источника. Когда возрастает длина волны света, вызвавшего фотолюминесценцню, т. е. уменьшается его частота, то возрастает число фотонов, соответствующее данному запасу энергии источника фотолюмннесценции. Но каждый фотон может привести к появлению кванта йч, „. Поэтому энергетический выход люминесценпни возрастает с увеличенкем длины волны.
При некоторой длине волны происходит резкое спаданпе энергетического выхода фотолюминесценцин. Оно объясняется тем, что при такой длине волны кванты с энергией лт уже не могут возбудить центров люминесценции. 6. Люминесцентное свечение лежит в основе качественного и количественного л~олшнесцентного анализа состава люминесцирующего вещества. По интенсивности спектральных линий люминесценции с большой чувствительностью определяются ш1чтожные примеси порядка 10 " г в 1 г исследуемого вещества. Люминесцентный анализ широко применяется в различных отраслях промышленности, в медицине, биологии и т. п.
7. На явлении люминесценции основано создание люминесцентных источников света. Обычные лампы накаливания имеют малую светоотдачу, 12 — 20 лмlВт; лишь несколько процентов расходуемой энергии приходится на излучение света в видимой области спектра. Люминесцентные источники света являются очень экономичными, не требуют нагревания и дают свет в узкой спектральной области. Например, в натриевых лампах пары натрия светятся под влиянием электрического разряда (э 48.6). Они дают светоотдачу порядка 60 лм/Вт и светятся желтым светом, близким к желтой линии натрия Аж598 нм. Это соответствует максимуму чувствительности глаза.
Большое применение имеют различные по устройству ртутные лампы. Свет, близкий по составу к дневному, дают ртутные лампы низко~о давления в форме трубок с внутренней поверхностью, покрытой люминесцирующими веществами — люминофорами. Ртутные пары в таких лампах дают ультрафиолетовые лучи, которые поглощаются люминофорами. Люминесцентное свечение люминофоров по спектральному составу близко к дневному свету.
Лампы дневного света широко применяются для освещения улиц, в промышленности н в быту, 9 79.3. Отрицательное поглощение света 1. В середине пятидесятых годов началось бурное развитие квантовой электроники. В 1954 г. в СССР появились работы академиков Н. Г. Басова и А. М. Прохорова, в которых был описан квантовый генератор ультракоротких радиоволн в сантиметровом диапазоне, называемый мазерам. Термин «мазер» (шазег) составлен из первых 342 букв одного из вариантов английского названия этого устройства: ппсгоц а»е акр)1(1са11оп Ьу з1(пш!а1ед ет(зз)оп о1 гад(а1(оп — усиление микроволн с помощью стимулированного излучения.
Генераторы и усилители света в видимой и ближней инфракрасной областях, появившиеся в 1960 г., называются оптическими квантовыми генераторами (ОКГ). Иначе эти устройства называют генеранюрами квгеренкчного света (ГКС). В настоящее время их сокращенно называют лазерами. Термин «лазер» имеет такое же происхождение, как и термин «мазер». Оба типа устройств работают на основе эффекта вынужденного (индуцированного, стимулированного) излучения, о котором уже говорилось в 5 72.9. Там указывалось, что этот эффект является результатом взаимодействия электромагнитной волны с атомами вещества, через которое проходит волна.
Так как поведение атомов описывается квантовыми законами, в названиях обоих устройств имеется слово «квантовый»с квантовый генератор, квантовый усилитель. 2. В З 72.9 рассмотрено явление индуцированного (стимулированного) излучения и выяснено, что оно может приводить к отрицательному поглощению света. Так как зти явления лежат в основе ОКГ, вернемся к этим вопросам и рассмотрим их несколько более подробно. Активной (усиливающей) называется такая среда, в которой интенсивность проходящего светового луча возрастает. Возможность существования такой среды вытекает из явления вьнужденного излучения, рассмотренного Эйнштейном.
Для дальнейшего необходимо более подробно остановиться на свойствах вынужденного излучения. Эйнштейн показал, что вынужденное излучение должно быть по своим характеристикам совершенно тождеепменно с тем излучением, которое, проходя через веьцество, вызывает появление индуцированного излучения. Новый фотон, появившийся в результате того, что атом (или молекула) вещества переходит с высшего в низшее энергетическое состояние под действием света, имеет ту же энергию и летит строго в том же направлении, что и фотон, стимулировавший его появление. На волновом языке эффект вынужденного излучения сводится к увеличению амплитуды проходящей волны без изменения ее частоты, направления распространения, фазы и поляризации.
Другими словами, вынужденное излучение строго когерентно с вынуждаюи(им из гучениель 3. Индуцированное излучение усиливает свет, проходящий через среду. Однако следует иметь в виду, что кроме индуцированного излучения происходит процесс поглощения света. В результате поглощения фотона атомом, находящимся на энергетическом уровне б-„фотон исчезнет и атом перейдет на энергетический уровень 8, (рис. 79.2, а). Этот процесс уменьшает мощность света, проходящего через среду.
Таким образом, происходят два конкурирующих друг Лу Ли Лн Ли — Ли Ли Лн //и Ла — ~е Лн Лц Л» Лм Ьи Рас. 79.3. Рис. 79.4. числа фотонов за счет преобладания актов вынужденного излучения. Два фотона, образовавшиеся в одном акте индуцированного излучения (рис. 79 2, б), при встрече с двумя атомами, находящимися на возбужденном уровне, «свалят» их вниз, н после этого будут лететь уже четыре одинаковых фотона, и т. д. (рис.
79.4). С волновой точки зре- 344 с другом процесса. В результате актов вынужденного излучения фотон с энергией ат «сваливает» атом с уровня «у» на уровень 8, и вместо одного фотона дальше летят два фотона (рис. 79.2, б). Акты же поглощения уменьшают число фотонов, проходящих сквозь среду. Действие усиливающей среды определяется тем, какой из двух процессов преобладает. Если преобладают акты поглощения фотонов, то среда будет не усиливающей, а ослабляющей свет, который через нее проходит.
Если главную роль играют акты вынуж- денного излучения, то среда будет /усД«аи»/ПУей- lЬслг ига/а»/а- усиливать свет. ь///Юаи 4. Поглощение света в веществе Лу подчиняется закону Бугера (9 55А) 4 1==1«г "~ (79 6) а) Поношение где с» — положительный коэффи- Х вЂ” °вЂ” циент поглощения, к — толщина Ли гЛ1, поглощающего слоя, !« — интенсивх — — — ф — " " *л"ш РЙУ / «/а»/„4, /,>,„„ас аз« „с«ас / — интенсивность света; прошед- шего слой толщиной х. В. А.
ФабРнс, 79,2. рнкантом впервые были рассмотре- ны особенности среды с отрицательным поглощением света (9 72.9). Им было показано, что для такой среды закон (79.6) имеет такой же вид, но коэффициент поглощения является отрицательной величиной, что соответствует не ослаблению, а усиленюо света по мере прохождения его в веществе. Этим объясняется то, что подобную среду иногда назь.вают средой с отрицательным показателем поглощения.
Формула (79.6) при а ~ О указывает на крутое возрастание интенсивности света с увеличением 1 толщины слоя усиливающей среды (рис. 79.3). Это означает, что в такой среде происходит лавинообразное нарастание ния, амплитуда электромагнитной волны и ее квадрат, пропорциональный интенсивности света, будут нарастать за счет энергии, получаемой от возбужденных атомов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
