Oddziaływanie fotonów z atomami Emisja i absorpcja promieniowania wykład 8

obsadzeń poziomów dla systemu w równowadze termodynamicznej w temperaturze T stosunek liczby (populacji) atomów n 2 / n 1 zajmujących dwa stany energetyczne E 2 i E 1 jest dany równaniem Boltzmanna: n 2, n 1 - gęstość (koncentracja) atomów [m –3 ] g 2, g 1 – wagi statystyczne (degeneracje) poziomów (1) i (2): Rozkład Boltzmanna n 1,E 1 n 2,E 2 (2) (1)

Rozkład Boltzmanna

Emisja i absorpcja promieniowania E 2 – E 1 = h ν 12 moc wypromieniowywana przez atom na częstości ν 12 E1E1 E2E2 (2) (1) zależy od: - prawdopodobieństwa znalezienia atomu w stanie (2) - prawdopodobieństwa przejścia (2) (1) (właściwego dla atomu) Oddziaływanie fotonów z atomami

A 21 n 2 + B 21 ρ ( ν 12 ) n 2 = B 12 ρ ( ν 12 ) n 1 n 1,E 1 n 2,E 2 (2) (1) g1g1 g2g2

Co się dzieje w ośrodku? ? fazy emisji kierunki emisji częstości emisji Emisja wymuszona Skorelowane z fotonami wymuszającymi !!! Zasilanie

(1916) idea emisji wymuszonej Albert Einstein (1928) obserwacja ujemnej absorpcji - wzmocnienia Rudolf Walther Ladenburg Wzmacniacz optyczny - MASER, LASER

LASER – co to znaczy ? Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Zjawisko emisji wymuszonej po angielsku: stimulated emission zjawisko emisji wymuszonej Albert Einstein 1917 r.

procesy przyczyniające się do poszerzenia linii spektralnych: poszerzenie naturalne (wynika ze skończonego czasu życia) poszerzenie dopplerowskie (wynika z ruchu atomów) poszerzenie ciśnieniowe (oddziaływanie z sąsiednimi atomami) poszerzenie przez moc (np. dla intensywnych wiązek światła) Profile linii w absorpcji i emisji

Werner Heisenberg ( ) Falowa natura cząstek znajduje swoje odzwierciedlenie w słynnej zasadzie nieoznaczoności Heisenberga, mówiącej, że położenia i pędu nie można równocześnie poznać z dowolną dokładnością: ( x) ( p) > h h jest stałą Plancka. Niels Bohr ( ) Niepewność kwantowa

Poszerzenie naturalne linii - Lorentzowskie (ν – ν 0 ) 2 – ( γ / 4 π ) 2 ( γ /4 π ) 2 I(ν) = I 0 = γ /2 π = 1/2 πτ (FWHM) Profile linii w absorpcji i emisji ( ) ( E) > h n 1,E 1 n 2,E 2 (2) (1) skończony czas zaniku -

I(ν) = I 0 e –x 2 gdzie: (ν 0 –ν) / δν D x = 2 l n2 = 2 l n2 c ν0αν0α α = (2kT / m A ) 1/2 = (2RT / M) 1/2 (FWHM) wzór praktyczny () δν D ν0ν0 = 2 c 2RTln2 M 1/2 = 7.16 × 10 –7 T / M Profile linii w absorpcji i emisji Poszerzenie dopplerowskie linii - Gaussowskie

© J. Koperski, Wykład specjalistyczny, Wykład 4 Poszerzenie ciśnieniowe linii niesymetryczne poszerzenie linii oraz przesunięcie linii, a także mieszanie poziomów (pojawianie się linii wzbronionych) wynikające z oddziaływania emitera lub absorbera z sąsiednimi atomami lub cząsteczkami oddziaływanie emiter (absorber) - zaburzacz między cząstkami naładowanymi - zaburzacz w rezonansie - zaburzacz między cząstkami neutralnymi Profile linii w absorpcji i emisji

optoelectronics kryształ jednorodne szkło niejednorodne Poszerzenie linii widmowej Otoczenie a charakter poszerzenia linii widmowych

KONIEC