Индуцированное излучение
НАВИГАЦИЯ ПО СТРАНИЦЕ
Индуцированное излучение
Рассмотрим два энергетических состояния атома: основное состояние с энергией E1 и возбуждённое состояние с энергией E2 > E1. Переходя из возбуждённого состояния в основное, атом излучает фотон с энергией hν = E2 − E1.
Если возбуждённый атом предоставлен сам себе, то он переходит в основное состояние самопроизвольно. Момент перехода предсказать невозможно, и потому излучение в этом случае называется спонтанным. Спонтанное излучение различных атомов является некогерентным, поскольку атомы излучают совершенно независимо друг от друга.
Оказывается, однако, что атом можно заставить излучить фотон, вынудив соскок электрона с верхнего уровня на нижний. Это произойдёт под действием внешнего электромагнитного поля, частота которого совпадает с частотой перехода ν = (E2 −E1)/h. Эффект аналогичен явлению резонанса при вынужденных колебаниях; в качестве вынуждающей силы выступает при этом электромагнитное поле.
Излучение атома, вызванное внешним электромагнитным полем, называется вынужденным или индуцированным.
Рисунок 1. Индуцированное излучение
Левая часть рисунка соответствует начальной ситуации, когда на возбуждённый атом, находящийся в состоянии с энергией E2, падает фотон, энергия hν которого в точности равна разности ∆E = E2 − E1 энергий возбуждённого и основного состояний.
Средняя часть рисунка показывает вынужденный переход атома в основное состояние: под воздействием падающего фотона электрон соскакивает с верхнего уровня на нижний.
В правой части рисунка мы видим результат этого соскока. Падающий фотон никуда не делся, а атом, перейдя в основное состояние, излучил ещё один фотон, тождественный падающему фотону. Таким образом, вместо одного падающего фотона «на входе» возникло два фотона-близнеца «на выходе».
Итак, в результате индуцированного излучения атом испускает монохроматическую волну, совпадающую с падающей волной по частоте и фазе. Эти две волны, интерферируя, усиливают друг друга! Именно этот эффект усиления света используется в лазере.