Излучение и поглощение энергии атомами и молекулами

Излучение и поглощение энергии атомами и молекулами
Атомы могут находиться в некоторых (стационарных) энергетических состояниях, в которых они не поглощают и не излучают энергию.
Энергия атома может принимать только дискретные значения, так как электроны в атомах распределены по энергетическим уровням согласно принципу Паули
Бесконечно долго атом может находиться в стационарном состоянии с минимальной энергией (на основном энергетическом уровне)

Излучение и поглощение энергии атомами и молекулами
При поглощении атомом кванта с энергией равной разности энергий двух уровней, он переходит в возбужденное состояние
Из возбужденного состояния в основное атом переходит либо безызлучательно (при соударении с другими атомами), либо излучая квант с энергией

Энергетическая диаграмма атомов
Е
Е2
Е1
Е3
Е4
поглощение
безызлучательный переход
Основной уровень
Е5

Энергетическая диаграмма молекул

Спектральный анализ – физические методы качественного и количественного определения состава вещества, основанные на получении и исследовании его спектров
Спектральный анализ
Эмиссионный – изучение спектров испускания
Абсорбционный – изучение спектров поглощения
Определение микроэлементов в образцах, небольшого количества атомов металлов
Измерение концентрации белков и нуклеиновых кислот, оценка кровоснабжения тканей, определение концентрации некоторых лекарств
Применение

1955 г. – создание первого оптического квантового генератора (лазера) советскими учеными Н.Г. Басовым и А.М. Прохоровым, и независимо от них американским физиком Ч. Таунсом
Laser – Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление света с помощью вынужденного излучения)
В основе работы лазеров лежат три фундаментальные идеи:
Создание индуцированного (вынужденного) излучения
Создание инверсной населенности.
Использование положительной обратной связи

Основные понятия
Виды излучений:
Спонтанное излучение – излучение, возникающее при самопроизвольном переходе атома (молекулы) из возбужденного состояния в основное.
Индуцированное (вынужденное) излучение – излучение, возникающее при вынужденном переходе атома или молекулы из возбужденного состояния в основное, т.е. под действием кванта электромагнитного излучения

Инверсная населенность – это такое состояние среды, при котором в возбужденном состоянии находится большее количество частиц вещества, чем в основном состоянии
Активная среда – среда, приведенная в состояние с инверсной населенностью уровней
Положительная обратная связь подразумевает создание такого процесса, при котором часть квантов (фотонов) индуцированного излучения остается внутри активной среды и вызывают индуцированное излучение других возбужденных частиц

Основные компоненты лазера
1. - Рабочее тело – среда, в которой создается инверсная населенность.
2. - Система накачки – устройство, необходимое для создания инверсной населенности, т.е. перевода большинства частиц в возбужденное состояние.
Виды систем накачки: «оптическая накачка», возбуждение газовым разрядом, электрическим током, химические реакции.
3.1, 3.2 – оптический резонатор – устройство, обеспечивающее положительную обратную связь.

Монохроматичность –содержит волны практически одной частоты;
Малый угол расходимости в пучке;
Поляризованность;
Когерентность –представляет собой электромагнитную волну с постоянной фазой и амплитудой;
Импульсные лазеры имеют высокую мощность излучения.
Свойства лазерного излучения