з верхнього енергетичного рівня на нижній може відбуватися під впливом зовнішнього електромагнітного поля, частота якого дорівнює власній частоті переходу. Що виникає при цьому випромінювання називають вимушеним або індукованим. Вимушене випромінювання володіє дивовижною властивістю. Воно різко відрізняється від спонтанного випромінювання. У результаті взаємодії порушеної атома з фотоном атом випускає ще один фотон тієї самої частоти, що поширюється в тому ж напрямку. Мовою хвильової теорії це означає, що атом випромінює електромагнітну хвилю, у якої частота, фаза, поляризація і напрям розповсюдження точно такі ж, як і у первісної хвилі. В результаті вимушеного випускання фотонів амплітуда хвилі, що розповсюджується в середовищі, зростає. З точки зору квантової теорії, в результаті взаємодії порушеної атома з фотоном, частота якого дорівнює частоті переходу, з'являються два абсолютно однакових фотона-близнюка. Саме індуковане випромінювання є фізичною основою роботи лазерів. p> На рис. 1 схематично представлені можливі механізми переходів між двома енергетичними станами атома з поглинанням або випусканням кванта. В
Малюнок 1.
Умовне зображення процесів (a) поглинання, (b) спонтанного випускання і (C) індукованого випускання кванта.
Розглянемо шар прозорої речовини, атоми якого можуть знаходитися в станах з енергіями E 1 і E 2 > E 1 . Нехай у цьому шарі поширюється випромінювання резонансної частоти переходу ОЅ = О”E/h. Згідно з розподілом Больцмана, при термодинамічній рівновазі більшу кількість атомів речовини буде знаходитися в нижньому енергетичному стані. Деяка частина атомів буде знаходитися і в верхньому енергетичному стані, отримуючи необхідну енергію при зіткненнях з іншими атомами. Позначимо населеності нижнього і верхнього рівнів відповідно через n 1 і n 2 1 . При поширенні резонансного випромінювання в такому середовищі будуть відбуватися все три процесу, зображені на рис. 1. Ейнштейн показав, що процес (a) поглинання фотона незбудженим атомом і процес (c) індукованого випускання кванта порушеною атомом мають однакові ймовірності. Так як n 2 1 поглинання фотонів буде відбуватися частіше, ніж індуковане випускання. У результаті пройшло через шар речовини випромінювання буде послаблюватися. Це явище нагадує поява темних Фраунгоферовського ліній в спектрі сонячного випромінювання. Випромінювання, що виникає в результаті спонтанних переходів, некогерентно і поширюється у всіляких напрямках і не дає вкладу в проходить волну.Чтоби проходить через шар речовини хвиля посилювалася, потрібно штучно створити умови, при яких n 2 > n 1 , тобто створити інверсно населеність рівнів. Таке середовище є термодинамічно нерівноважної. Ідея використання нер...
