Спонтанни и индуцирани преходи, квантова физика
Забележка: R 'и К' - са вектори R и К, съответно.
Един от основните заключения на квантовата механика се посочва, че всеки физически система (например, електрон на атом) може да бъде само в една от предварително определената енергийно състояние - т.нар eigenstates система. С всяко състояние (да речем, един електрон състояние) може да се свърже собствения си функция
с | Un (R ') | 2 dxdydz - вероятност за намиране на електрон състояние п елементарен обем в dxdydz с център точка, определена от радиус вектор R '. BG - енергия п-ти състояние, Н = H / 2π; - константата на Планк.
Всеки електрон във физическа система съответства на състояние (например, в един атом или молекула), т.е. своята енергия, а тази енергия е с дискретна стойност.
Фиг. 7.1 показва схемата за енергийно ниво на физическа система (например атом) [1]. Позовавайки се на двете нива на тази система - 1 и 2. Ниво 1 отговаря на основното състояние на физическата система, където присъствието му е най-вероятно. На ниво 2, системата (електрон в атома) може да падне, ако прехвърля някои енергия, равна на HV = | E2 - E1 |.
Това ниво 2 е възбудено състояние на атома. Ако системата (атом) е в състояние 2 по време на период 0. тогава има краен вероятност, че той ще отиде в държавата 1, като по този начин, излъчващ квант електромагнитна енергия HV = E2 - E1. Този процес случва без излагане на външно поле на случаен принцип пъти (случайно), се нарича спонтанна.
Средният брой на атомите претърпява спонтанна преход от състояние 2 до състояние 1 секунда
където А21 - скорост (вероятност) на спонтанно преход (TCN) 21 = A21 - 1 се нарича живот на атом в възбудено състояние, свързано с прехода 2 → 1. Спонтанни преходи възникнат от всяко състояние само в държави, разположена при енергии долу (например, ако атом е в състояние 3, може да има преки преходи 3 → 2 3 → 1 и инцидент на слой 2 атом протича спонтанно при ниво 1).
При наличието на електромагнитно поле с честота V
(Е2 - Е1) / ч атом може да направи преход от състояние 1 до състояние 2, докато усвояването на квантовата електромагнитното поле (фотон) с енергия HV. Въпреки това, ако атома в момент, когато е изложен на електромагнитното поле, вече е в състояние 2, тя може да отиде в състояние 1 чрез излъчване на фотон с енергия ВН под влиянието на тази област. Този преход съответства стимулирано излъчване.
Метод индуцирана преход от спонтанни отличава че смяната индуцирана скорост преход от 2 → 1 → 2 и 1 са равни, докато за спонтанно скорост преход на процеса 1 → 2, където енергията на атом увеличава нула.
В допълнение, индуцирани процеси имат други основни функции:- процеси скорост индуцирана пропорционална електромагнитно поле интензитет, като спонтанно не зависи от областта;
- вълна вектор к. определяне на посоката на разпространение на стимулирано излъчване, същата посока като вектор областта съответния принуждавайки (спонтанно емисии има произволна посока на разпространение);
- честота, фаза и поляризация на стимулирано излъчване също съвпада с настояване за честота, фаза и поле поляризация, а спонтанно излъчване, дори и с една и съща честота е случаен фаза и случаен поляризация.
По този начин, може да се твърди, че принуждават и индуцирана (принудително) радиация са строго последователна.
Да разгледаме случая, когато плосък монохроматичен вълна на честота V и интензивността Ив разпространява чрез среда с плътност N2 атоми при нива 2 и 1 N1.
Ако въведете скорост на преобразуване, които се индуцират от монохромни поле честота о, ние означаваме с Wi (V), можем да прогнозираме условията, при които ще бъдат предизвикани от радиация.
1 с обем от 1 м 3 възниква N2 Wi индуцирана преходи от ниво 2 на ниво 1, и N1 Wi преминава от 1 до 2 нива. Така общата мощност за единица обем
Това излъчване последователно сумира с радиация пътуваща вълна с фаза съхраняване, в отсъствието на разсейване води до увеличаване на интензивността на единица дължина. В резултат на това