1612725038-55fa95a39ba1d7b48a064b85411ad124 (829006), страница 48
Текст из файла (страница 48)
с, интенсивности 1 и числу атомов в а..~ ДЛЯ Лакиог О ПЕРЕХОДа СОСтОЯКИИ. ПОЭТОМУ вЂ” - = сопя( г' (гУ> — Гэг»). (31.10) дх 284 ЛЕКЦИИ ПО КВАНТОВОЙ МЕХАНИЫ М!Сголча~е»Т!пр1!Т!Са1!Оп Ьу Миней»те») Епиаыоп О1 11а»)»ап Ашр(!Т!Са!)оп...). Формально в случае ннверсшя! засе !С„и ип»ов ИЛ)!ьй !Сниосттг « говорят„что среда харак ! еризуется „оьтрийаьзе л н»з!» »»»е!»„е эп»врал отношению к данной частоте излучения.
Простей!Лий способ создшп»я»прицатсльньс земце!. »ован в малек!ллраьы гелераьзорах на молекулах аммиака 3„ альное устроип»во отхлоняез из молел'.Ля1шого су ьха чолеь ' "-.:!' дящиеся на нижнем уровне. Тогда в остав»лемся пу*»хе Й» > у» СКУЛ~„-'1. печно, время жизни верхнего Уров!!я относи»сльно сион»в!Сн чення должно быть ЛОстатОчн» Вез!Нко). ПОлу'»елп»ы1! Луч»!х пв е> -л объемный резонатор с собственной частсаой»».а — —. — --- 13 л ся всегда тепловое излучение индуцируез непускание кваз»~:.::"""~ купами пучка, которое усиливает собсгвениые колебав»ия Рет Часть энергии колебаний отводится, а ос»авшаяся леишвует ~.""'" ириходягцие молекулы, индуцируя новое излучение, чем обсе,г""' ется высокая стабильность частоты.
В лазерах не! такого сортирующе»О Устройства, 11росгей "";- зерная сис»ема — — трехуровневая (рис. 31 1), В равновесии прв ющее число атомов находится на уровне 1. Специальное вве»л»цеа" (о»гяшческал накачка) с частотой шз, возбуждает шомы на УР' Г1усть вероятносгь жы перехода 3 — 2 велика !и; сраянеш»ю с !1!!з,'1 через время гз — жтз' атомы перейдут на уровень 2 Пусть со'; 2 — метастабильное (долгоживущее. его время жлзлл г; — ийль Тогда произойдет накопление атомов на Уровне 2.
л прн дос мощности накачки можно добиться з»ол!.»з!»»Лву»пей»братвой.,йд~,, ности )УТ > !»!. Реально хаРактеРиые велшшиы гз — 10 Т'-'з!Нь тз — 10 ' с; выгодно, чтобы уровень 3 был по возм»вкиостя б»ЙВф роким„тогда больше будет интенсивное! ь серея ла накачки 1 Я! Конечно, в оптическом диапазоне не! объем!»ых Ре!»!НатОРФ~; на волны 2 — 5.
10 3 см), но есть специальная сис!ема Теряй~"",Ч, таш»Ый ПЕРЕХОД 2 -ь 1ДВЕт НужНУЮ ВОЛНУ Шетотъ!»ОЗ, Раелрпс,,, по среде, волна индуцирует излу:»ение друы!х а!Ол»ов, !ьах,..» в состоянии 2. Мн»з»охр;пио отра'' „ зеркал, ВОлны все время у»:нлн дуцированным пзлу »шшсм, Если::у .. 7 больше огерь при о!Раженнн,'в,,„„ ность лавинообразно нарве»яет, ™ зеркал сделано ирозра,шь»м лтяв „ н»ояая и, ча наружу. П »ень Г»лая У!.юяа ПО асх л „ л»»» 3! ! пропграняюс»песа не стрш .
О! О ВД;,.;»е !Ь Сехсая З!. ННДУЦИПОВЛННОЯ НЗПУЧВНИГ» ЗВЗ меньше о»ражеиий и не успевают усилиться, Ширина ля„» я фа!Тически лишь дифракционными явлениями (уг., 1лаезеляе. ~).т ' „л,Сель 0 —. 2»'!», »9 — размер зеркал, 0 может быть поряд- ) 1!»! ~сему сечению пу»ка фазы одинаковы; волны от раз~кап»! НмшОт ООстояниую разно»,гь фаз, чтс» Обеспечивает -' 'екзерк '' :.
яс»ле». „„л»а »о я»герельяиосьчь обра!»!л»„В лазейе !неРгив т»ыгчкл (с шнРоким диапазоном яел' „),зре»!бразуе»ся в монохрома»ическое изб»ение частоты на л!ппш излучения была бь! меньше ес»ественпой, если бы » ь»я»на мо»)а с!оячих волн, усгюшвливаюпшхся между зерка;,~, 'ио, ) ! соспигг нз многих мод, так что п»ирина линии имеет -':"" 10з 1-и (естественная п»ирина, со»ласло лекции 30„10Т-10я Гц, ;- '" „лого ншочника она была бы порядка 10 Гц) '": -я схема ялпшьзу ется в широко распространенном рубиновом "л»'"::;~с переход! ! Нримесных атомов хрома да»от красную линию :Т»ль й1ов»н»!с-»ъ лазера очень велика, в расчете на ширину полосы ',.Леона составляет примерно 10ь Вт!смз (для Солнца — 0,2 Вт/сл!~). :')кулны може! Лист!птпь Ф вЂ” 10ь-10" В1сл! „'-.~ЩРйиа лншш еще меньше ( — 104 Гц) в газовых лазерах, рабов ю»фрахрасной области (х — 1 мкм).
В полупроводниковых л излучае»ся часто»а а! — —, !л — ширина запрещенной зоны в Л' й!!ол! спектре полупроводника, »'» — 1 эВ; здесь ширина срав- О'ве!зиха, по можно получи»ъ высокий кпд. Во всех случаях увт удобные способы модуляции излучения ;;-,~~;.")»М!Вам лазере источником возбуждения атол»оа служит элект- „,. Н.рвзрял в »взе. При еголкновениях атомов с электронами воз„. плазмы обы шо высшие Уров»ш заселяются слабее и инверсной „,, врсш не образуется.
(3лнаьо возмояша безызлучательпая пере- „:1»ьМбуждения ш од»юго атома к другому при атомных слчолк»»оее° . срого рода (с»!УТ»зрение с изл!енением ш»утреннего состояния) "=,,вй процесс имеет заметную вероятность, только если электронтяп! атомов дош.аточно близки 132в, Л 90). Ъо осуществляется, ° "сл»еси »-елия с пеоном (рис. 31.2) 4 ЯОВНТ! э!» '"ч внг! - ' и 2зь атома гелия метастабильны (ьпом в таком со- ,..Л:Обы л! 1 к»„обы'л!» Успевает раньше столкнуться со стенками или с други»!Режле *»ем произойдет спонтанное излучение).
При -»к:;. Вн шола 11с в состоянии 2'Ь' с атомом Ие в основном со.».,...вет»!»н змож»ю соударение второго рода, атом Не переходит в ос* явам ,46стояи! Ояипгь а Ме возбуждается на уровень 2рз4х (закон сохранехчр!з;и ОГ ':"ЙР, '" обесие'швае»ся кинетической энергией). Так возникает заве !е!шость атомов )9е Прн столкновениях Нс в состоянии .'.""„.!"Жом ',4 с ' с буду! заселяться другие уровни 1'1е з« лекции ОО квантовой мех«|нике зз — — зо,55 «В « « — — - — — ньз! в Лехсяя 3| ИНДУЦИРОВАННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ 267 ,„- (2 — 21 ем) резонатор, то слабое спонтанное излучетотю и .
щ во'збуждепие и | операцию и'|отнес!ах фи|тонов в лазерном луче становятся воз,; б„вывих |.« , оп«рые принципиально новые эффекты. Например, теиекоп«Р ~":является °, иевероятныл| одновременное попадание двух фотонов 1:ели их сУммаРнав энеРгил совпадает с эпеР! ией атолшого «:::атом л'« -з« |~э| :3 Т не лазеры из учаю! в кр спой ! Нфракр,с„й спектра. Сходным образом работают лазеры в лазской инбз,' '." области (например, на смеси СО! + Къ где возбужла|отся опре'' ные колебательные и вращательные уровни лзоле| уз|, лосин.ает "'"' болыцая мощносзь излучения). Упомянем еще ква|повый стандарт времени па рад««пласт!|и!ел«1 лучеиии атомарного водорода.
Основное состояние а! ома вод падает сверхтонкнм расщеплением (г — О и г -- 1,(б!. ! -- Бр...„:, ~~~ = 1423 Мрц (23.17')). Между:!тими состояниями возможен М4.-'ц' " " (переворот спина), наблюдаемый в спектре межзвездного зя)з Инверсную зассз|енносг! этих уровней можно создать с помол)ЬФ,'; нонки Штерна .- Герлаха (рис. 31.3). Нри |пом используется т~:- что ма! нитный момент электрона много б||льще, чем ирспона, делить две верхние компоненты (см. Рис. 313), зо о .!!ем пучке „ ность состояния г =- 1 будет болыле, чем г": 0 (сосюглще с Ф~':-:,,1': чистое состояние Г = 1, состояние с 1|7е —.
0 ссзь супериознцззя'',е!.„, нылш ассами Г -- 1 и 7г =- О), что и нужно. Если зюсм лу«зоз!'Л .-л !' и „«««««««« « «««ФФ '«;„"' --о з«««г 3! 3 го! + !от = в|,«« (31.11) х лопющеиие с переходом атома ! - ~'. '1'аким образом, "":. ',)жно их '«'6:илзе Уже учитывюь нелинейные (вькчпих порядков по с.К, т. е |~!:::-" |ам р!«ждения и уничтожения квантов) мпогофотоннью про"Эозможпа, в |асзносз'и, ми|и офотопная но!!извиня кюма (в ус|гда эне1з!.и|з одного кванта бьщо бы недостаточно для иони- -'-'~~,-"')теразура! 16, зз 44; 28, гл. 9; 30; 47, вып. 8„|л.
7). '; ')г |ь Лехцпп 32. ДИСПЕРСИЯ СВЕТА Вакцин 32. ДИСПЕРСИЯ СВЕТА «й рассмотрим прохождение электр«!Магни!Н«11! Ылщы .1~ !е заряженных истиц. В лекциях 29, 31 мы исслсдовазщ и 'а'и проц ~ц.'"' модействия системы с волной, ведущие к Реальщ !и «5«!Рех«!да ех«'«г«ам.4'," с измжеи««~м се энергии (по«иощенне н инду!щровипюс изд -":""5: С синае ь'ь! Оста"овиь'ся на поляриза"5ии орел«л прож'лилей волной, н(!Ичсм в Отличие от стк!Нчсского поля (гм 5«скцн«О,'фф~"' будет интересовать чичопьзя зависимо«.ль в«лзниьи«лн«их эффс' Для простим ограничимся длинпово:н»ым случаем, Ризмсрах атома ПОлс ВОлны мснястся слабо и его ькпкпо счнтат)~! р дны . Зле-ричс: пгл вол и запиптем в иле '«1 (1) = Е '«ТСОЗС51 =- С вЂ” (Е"и + С '""д '.;~Х5$ ,:*'пзй где е .— вектор поляризации.
В классической и!ектронной теб'." ряды, колсблюн«неся в а«омах, соаершакп «кгл дс!«с«в5«см волны':; выпужденныс колеби«ия с частотой и. Если эта щс««па прнб ' к собственной частоте ол«! Спомного осциллягор«1, 1О Я«!зннйа(!35« пи«с: расгст амплитллда ХОлсбаиий зарЯда, т. с. Срслн«п! ДН11оль..., мс!и; -- происходит «)цппьцчсск«о«и««лл«рлиз«!««!.5««рсд«« При распростр шенин света в такой среде игсры!Я вщ«5«ы:;,;ум- на возбуждение атомных осцилляторов, которые п сво«о Оче в«рщаЯ выиужденпь1е колебания, излучиог волны зрй же 1аа ...: палаюнп151 СуммарнаЯ п«ггспсив1юсть 1юлЯ о!ьрсл«о!Яет«я "!н цисй падающей и вторн щои води по можно х««лкр««скопичес~~ъ сиь„вводя зависяп«ую от 1асппь! Д!«з««с««1««р««пс«5«3 о «1)ло«1!5«(5«, среды с(и) 53221, з ббпр нлщ показатель прегоил«щ«'! ИФЛИ С(«) — 2(1«5) '::$: В!!«Оцй ве "тгр в Ре е От ".* я 1: 1"'' Я в й =.= а««'с.
к =- и(а«), г хлц!.ь волны тоже зависит от частоты оф(в) =. — =— (32 й) п (в) «;.!.' ', упповая скорость отли'«ается от фазовой; -,':ф~ем л у ) ««в с «а «(п в Лп (32. 3) «25! п п2 «зв и «Зп« -Ф:«!::-„ццнг к оцгисрсна света (явление, аналогичное расплыванию „,„.
Пакета (см. лекц!По 3)). В зависиьюсти от знака ь«иlйо говод(здв "- = ложительной («л««л««)л« О, о, це) или жрипи~лыюй (Н~l«(««5 )ли; р .В () (), б!' Р~,ю «Тйо н волна в срсдс затухае'1' л П«Х !!„::,',::'сй!«п в«~ - е л« = ехр~!Л« ~ВС и — — «)' — (пз и — ~ . (32.6) с с " "целью будет найти квантовое описание всех этих явлений, даю' дрзм н . -, . Исл хара Р ти Рель! г ( ), и(«о) ,~~(фЗ)Лннноволц«!Яом случае (32.1) гамильтониан возмущения можно в.:днпольном приблюкении Й' = — СТ(г)- «7, (32.7) :4;,-'-., Оперкюр диполыюго момента атома. Для того чтобы избежать и' ЫХ ПСРЕХОДОВ, СВЯЗЯПНЫХ С ОСЗКИМ ВКЛ1О«1СНИЕМ ПОЛЯ, ПРСДПОЛО;.' '4тло поле медленно (адиабатически) включается в отдаленном ,„, лолм (! -' — Сп).
Выразил! этот факт, формально приписывая к га- - -,.®ИНЯИУ (32.7) множитель, да!ощий плавное включение; Й' -и Й' е'!', (32.7') ф, сколь у!Олпо малая положительная величина ционарная теория возмущений (26.6) дает вектор состояния а прису«'ствин поля (32.7') Ф(1) =,,'5 ап(!) Е а ) И), (32.8) «! , -г — ста« та'и!онарные состояния с энергией Е„невозмущенной сис- "'~!:. "фищ'енты разложения а, (!) найдем из (26.9)„считая, что Эф«!Л« ««и«ггсма находилась в основном состоянии ~ О): вас пвкции по квдитовой мв)оьиикв ГЬ„(Г) = — — ' ~ ОЬГ' Н О(Г) Е'ьо о' .= — о о' — гь 1 ь (еооь' .).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
