Вынужденные переходы

Вынужденные переходы - это квантовые переходы частиц под действием внешнего элек­тромагнитного поля, частота которого совпадает или близка к частоте перехода. При этом возможны переходы с верхнего уровня 2 на нижний 1 и с нижнего на верхний. В первом случае под действием внешнего электромагнитного поля с частотой ν₂₁ происходит выну­жденное испускание кванта энергии. Особенность вынужденного испускания состоит в том, что появившийся фотон полностью идентичен фотону внешнего поля. Вынужденное излу­чение имеет такие же частоту, фазу, направление распространения и поляризацию, как и вынуждающее излучение. Поэтому вынужденное излучение увеличивает энергию электро­магнитного поля с частотой перехода ν₂₁. Это служит предпосылкой для создания кванто­вых усилителей и генераторов.

Следует отметить, что на вынужденный переход с излучением энергии не затрачивается энергия внешнего поля, которое является лишь своеобразным стимулятором процесса. В пpoтивоположность этому для перевода частицы из нижнего энергетического состояния 1 в верхнее 2 необходимо затратить энергию внешнего поля, равную разности энергии верхнего и нижнего уровней: E₂-E₁=hν₂₁. Таким образом, при каждом вынужденном переходе снизу вверх затрачивается квант энергии внешнего поля hν₂₁.

. Вынужденные переходы (как и спонтанные) имеют статистический характер. Поэтому вводятся вероятностные коэффициенты: E₂₁ - вероятность вынужденного перехода сверху вниз и E₁₂ - снизу вверх в l с. Эти вероятности пропорциональны объемной плотности энерrии внешнего поля П_ν в единичном спектральном интервале на частоте перехода и определяются соотношениями

(3.7)

где и - коэффициенты Эйнштейна для вынужденных переходов с излучением и по­глощением энергии соответственно.

Коэффициенты и имеют смысл вероятностей вынужденных переходов в 1 с при единичной объемной плотности энергии внешнего поля ().

Число вынужденных переходов сверху вниз с излучением энергии в единицу времени в единице объема пропорционально вероятности Е₂₁ и населенности верхнего уровня N₂:

. (3.8)

Аналогично при тех же условиях число вынужденных переходов снизу вверх с погло­щением энергии

. (3.9)

Поиск по сайту: