ндукованого випромінювання, підсилює світло, що проходить через середовище. Однак слід враховувати, що крім індукованого випромінювання відбувається також і процес поглинання світла; в результаті поглинання фотона атомом, що знаходяться на низькому енергетичному рівні, фотон зникає, і атом переходить на більш високий енергетичний рівень. При цьому зменшується потужність світла, проходить через середовище. Таким чином, є два конкуруючих один з одним процесу. В результаті актів вимушеного випромінювання фотон "звалює" електрон з високого на низький енергетичний рівень, і замість одного фотона далі "летять" два; акти ж поглинання зменшують число фотонів, проходять крізь середовище. Підсилює дію середовища визначається тим, який з двох процесів переважає. Якщо переважають акти поглинання фотонів, то середовище буде послаблювати проходить через неї світло; якщо головну роль відіграють акти вимушеного випромінювання, то середовище підсилює світло.
Поглинання світла в речовині підкоряється закону Бугера-Ламберта:
I = I 0 e -ax
де a - позитивний натуральний показник поглинання; х - товщина поглинаючого шару; I0 - інтенсивність світла, вхідного в середу; I інтенсивність світла, що пройшло шар товщиною х.
В. А. Фабрикант вперше були розглянуті особливості середовища з негативним поглинанням світла; їм було показано, що для неї закон Бугера-Ламберта має вигляд
I = I 0 e ax
У такому середовищі через переважання актів вимушеного випромінювання лавиноподібно наростає число фотонів. Два фотона, утворилися в одному акті індукованого випромінювання, при зустрічі з двома атомами, що знаходяться на збуджених рівнях, "звалять" їх вниз, і після цього будуть "летіти" вже чотири однакових фотона і т. д. З хвильової точки зору, амплітуда електромагнітної хвилі і її квадрат, пропорційний інтенсивності світла, будуть наростати за рахунок енергії, одержуваної від збуджених атомів.
Показник поглинання a в законі Бугера-Ламберта-Фабриканта пропорційний різниці між числом актів поглинання і вимушеного випромінювання:
a = k (N 1 -N 2 ),
де k - коефіцієнт пропорційності, k> 0. У стані термодинамічної рівноваги число атомів N2 на збудженому енергетичному рівні менше числа атомів N1 на більш низькому рівні, отже, а> 0. Це означає, що кількість актів звичайного (Позитивного) поглинання перевищує число переходів, що супроводжуються негативним поглинанням (індукованим випромінюванням). Однак існують середовища, в яких а <0; для отримання такого середовища необхідно створити нерівноважний стан системи, при якому N2> N1. Такі стани називають інверсними (Зверненими). Сенс терміна полягає в тому, що в такому нерівноважному стані мається звернене розподіл атомів (молекул) з енергетичних станів на верхньому рівні концентрація атомів більше, ніж на нижньому.
Процес перекладу середовища ...
