Википедија

Стимулисана емисија

Стимулисана емисија је процес којим упадни фотон специфичне фреквенције може да формира интеракцију са побуђеним атомским електроном (или другим побуђеним молекуларним стањем), узрокујући да он падне на нижи енергетски ниво. Ослобођена енергија преноси се у електромагнетно поље, стварајући нови фотон са фазом, фреквенцијом, поларизацијом и правцем кретања који су идентични фотонима упадног таласа. То је у супротности са спонтаном емисијом, која се јавља у насумичним интервалима без обзира на електромагнетно поље околине.

Ласерско светло је тип стимулисане емисије радијације.

Процес је идентичан по форми са атомском апсорпцијом у којој енергија апсорбованог фотона узрокује идентичан али супротан атомски прелаз: са нижег на виши енергетски ниво. У нормалним медијумима при топлотној равнотежи, апсорпција премашује стимулисану емисију, јер има више електрона у нижим енергетским стањима него у вишим енергетским стањима. Међутим, када је присутна инверзија популације, стопа стимулисане емисије премашује брзину апсорпције и може се постићи нето оптичка амплификација. Такав појачавачки медијум, заједно са оптичким резонатором, у срцу је ласера или масера. У одсуству повратног механизма, ласерски појачивачи[1][2] и суперлуминесцентни[3] извори такође делују на бази стимулисане емисије.

Преглед

уреди

Електрони и њихове интеракције са електромагнетним пољима важни су у разумевању хемије и физике. Према класичном гледишту[4][5][6][7] енергија електрона који круже око атомских језгара већа је на орбитама које су удаљеније од језгра атома. Квантно механички ефекти присиљавају електроне да заузму дискретне положаје у орбиталима. Електрони се налазе у специфичним енергетским нивоима атома, од којих су два приказана испод:

 

Када електрон апсорбује енергију из светлости (фотони) или из топлоте (фонони), он прима тај упадни квант енергије. Прелази су дозвољени само између дискретних нивоа енергије, као што су два приказана изнад. То доводи до емисионих и апсорпционих линија.[8][9]

Након што се електрон побуди из нижег у виши енергетски ниво, мало је вероватно да ће тако остати заувек. Електрон у побуђеном стању може пасти у ниже енергетско стање које није заузето, према одређеној временској константи која карактерише тај прелаз. Када такав електрон падне без спољног утицаја, емитује се фотон, што се назива „спонтаном емисијом”. Фаза и правац асоцирани са фотоном који се емитује су рандомни. Материјал са много атома у таквом побуђеном стању би могао на тај начин да произведе зрачење које има узак спектар (центриран око једне таласне дужине светлости), али појединачни фотони не би имали заједнички фазни однос и такође би се кретали у рандомним смеровима. Ово је механизам флуоресценције[10][11][12][13] и топлотне емисије.[14][15]

Спољно електромагнетно поље на фреквенцији повезаној са транзицијом може да утиче на квантно механичко стање атома без апсорпције. Како електрон у атому прелази између два стационарна стања (од којих ниједно не манифестује диполно поље), он улази у прелазно стање које има диполно поље и које делује као мали електрични дипол, и тај дипол осцилује на карактеристичној фреквенцији. Као одговор на спољашње електрично поље на овој фреквенцији, вероватноћа да ће електрон ући у ово прелазно стање увелико се повећава. Стога је брзина прелаза између два стационарна стања повећана изнад брзине спонтане емисије. Прелаз из вишег у ниже енергетско стање производи додатни фотон исте фазе и смера као и упадни фотон; ово је процес стимулисане емисије.

Историја

уреди

Стимулисану емисију је теоретски открио Ајнштајн[16][17] у оквиру старе квантне теорије,[18][19] при чему се емисија описује у смислу фотона који су квант ЕМ поља.[20][21][22][23] Стимулисана емисија се такође може јавити у класичним моделима, без референце на фотоне или квантну механику.[24]

Референце

уреди
  1. ^ Фреде, Маик (2015). „Цатцх тхе Пеак”. Ласер Тецхник Јоурнал. wилеy. 12: 30—33. дои:10.1002/латј.201500001. 
  2. ^ Фреде, Маик (2007). „Фундаментал моде, сингле-фреqуенцy ласер амплифиер фор гравитатионал wаве детецторс”. Оптицс Еxпресс. ОСА. 15 (2): 459—65. Бибцоде:2007ОЕxпр..15..459Ф. ПМИД 19532263. дои:10.1364/ОЕ.15.000459. 
  3. ^ D. Коузнетсов; Ј.Ф. Биссон; К. Такаицхи; К. Уеда (2005). „Сингле-моде солид-стате ласер wитх схорт wиде унстабле цавитy”. ЈОСА Б. 22 (8): 1605—1619. Бибцоде:2005ЈОСАБ..22.1605К. дои:10.1364/ЈОСАБ.22.001605. 
  4. ^ Феyнман, Р. П., Р .Б. Леигхтон, анд M. Сандс, 1965, Тхе Феyнман Лецтурес он Пхyсицс, Вол. II: тхе Елецтромагнетиц Фиелд, Аддисон-Wеслеy, Реадинг, Массацхусеттс
  5. ^ Гриффитхс, Давид Ј. (2013). Интродуцтион то Елецтродyнамицс (4тх изд.). Бостон, Мас.: Пеарсон. ИСБН 978-0321856562. 
  6. ^ Панофскy, W. К., анд M. Пхиллипс, 1969, Цлассицал Елецтрицитy анд Магнетисм, 2нд едитион, Аддисон-Wеслеy, Реадинг, Массацхусеттс
  7. ^ Јацксон, Јохн D. (1998). Цлассицал Елецтродyнамицс (3рд изд.). Неw Yорк: Wилеy. ИСБН 978-0-471-30932-1. 
  8. ^ Крамида, Алеxандер; Ралцхенко, Yури (1999), НИСТ Атомиц Спецтра Датабасе, НИСТ Стандард Референце Датабасе 78, Натионал Институте оф Стандардс анд Тецхнологy, Приступљено 2021-06-27 
  9. ^ Ротхман, L.С.; Гордон, I.Е.; Бабиков, Y.; Барбе, А.; Цхрис Беннер, D.; Бернатх, П.Ф.; Бирк, M.; Биззоццхи, L.; Боудон, V.; Броwн, L.Р.; Цампаргуе, А.; Цханце, К.; Цохен, Е.А.; Цоудерт, L.Х.; Деви, V.M.; Дроуин, Б.Ј.; Фаyт, А.; Флауд, Ј.-M.; Гамацхе, Р.Р.; Харрисон, Ј.Ј.; Хартманн, Ј.-M.; Хилл, C.; Ходгес, Ј.Т.; Јацqуемарт, D.; Јоллy, А.; Ламоуроуx, Ј.; Ле Роy, Р.Ј.; Ли, Г.; Лонг, D.А.; et al. (2013). „The HITRAN2012 molecular spectroscopic database”. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 130: 4—50. Bibcode:2013JQSRT.130....4R. ISSN 0022-4073. doi:10.1016/j.jqsrt.2013.07.002. 
  10. ^ Acuña, A. Ulises; Amat-Guerri, Francisco; Morcillo, Purificación; Liras, Marta; Rodríguez, Benjamín (2009). „Structure and formation of the fluorescent compound of lignum nephriticum” (PDF). Organic Letters. 11 (14): 3020—3023. PMID 19586062. doi:10.1021/ol901022g. Архивирано (PDF) из оригинала 28. 7. 2013. г. 
  11. ^ Safford, W.E. (1916). „Lignum nephriticum” (PDF). Annual report of the Board of Regents of the Smithsonian Institution. Washington, DC: U.S. Government Printing Office. стр. 271—298. Архивирано (PDF) из оригинала 2013-07-29. г. 
  12. ^ Valeur, B.; Berberan-Santos, M.R.N. (2011). „A brief history of fluorescence and phosphorescence before the emergence of quantum theory”. Journal of Chemical Education. 88 (6): 731—738. Bibcode:2011JChEd..88..731V. S2CID 55366778. doi:10.1021/ed100182h. 
  13. ^ Muyskens, M.; Vitz, Ed (2006). „The fluorescence of lignum nephriticum: A flash back to the past and a simple demonstration of natural substance fluorescence”. Journal of Chemical Education. 83 (5): 765. Bibcode:2006JChEd..83..765M. doi:10.1021/ed083p765. 
  14. ^ S. Blundell, K. Blundell (2006). Concepts in Thermal Physics. Oxford University Press. стр. 247. ISBN 978-0-19-856769-1. 
  15. ^ Meseguer, José. (2012). Spacecraft thermal control. Isabel Pérez-Grande, Angel Sanz-Andrés. Cambridge: Woodhead Pub. ISBN 978-0-85709-608-1. OCLC 903167592. 
  16. ^ Einstein, A (1916). „Strahlungs-emission und -absorption nach der Quantentheorie”. Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. 18: 318—323. Bibcode:1916DPhyG..18..318E. 
  17. ^ Einstein, A (1917). „Zur Quantentheorie der Strahlung”. Physikalische Zeitschrift. 18: 121—128. Bibcode:1917PhyZ...18..121E. 
  18. ^ Pais, Abraham (2005). Subtle is the Lord: The Science and the Life of Albert Einstein (illustrated изд.). OUP Oxford. стр. 28. ISBN 978-0-19-280672-7.  Extract of page 28
  19. ^ ter Haar, D. (1967). The Old Quantum Theory . Pergamon Press. стр. 206. ISBN 978-0-08-012101-7. 
  20. ^ Semi-classical approximation. Encyclopedia of Mathematics. URL: https://www.encyclopediaofmath.org/index.php?title=Semi-classical_approximation
  21. ^ Сакураи, Наполитано (2014). „Qуантум Дyнамицс”. Модерн Qуантум Мецханицс. Пеарсон. ИСБН 978-1-292-02410-3. 
  22. ^ Крагх, Хелге (1979). „Ниелс Бохр'с Сецонд Атомиц Тхеорy”. Хисторицал Студиес ин тхе Пхyсицал Сциенцес. 10: 123—186. ЈСТОР 27757389. дои:10.2307/27757389. 
  23. ^ Кумар, Мањит. Qуантум: Еинстеин, Бохр, анд тхе греат дебате абоут тхе натуре оф реалитy / Мањит Кумар.—1ст Америцан ед., 2008. Цхап.7.
  24. ^ Фаин, Б.; Милонни, П. W. (1987). „Цлассицал стимулатед емиссион”. Јоурнал оф тхе Оптицал Социетy оф Америца Б. 4: 78. Бибцоде:1987ЈОСАБ...4...78Ф. дои:10.1364/ЈОСАБ.4.000078. 

Литература

уреди

Спољашње везе

уреди
 
Стимулисана емисија на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Stimulisana_emisija&oldid=27675830”