KURZUS: Mérnöki fizika

MODUL: Az anyag mikroszkopikus szerkezete

26. lecke: A fény és az anyag kölcsönhatása

A fény és az anyag kölcsönhatása

A jegyzet feldolgozandó fejezetei:

  • A fény és anyag kölcsönhatása
  • Az indukált átmenetek
  • Kvantumerősítők

Tanulási célok:

A lecke anyagának feldolgozása után Ön képes lesz:

  • Megfogalmazni az indukált és spontán emisszió közti különbséget.
  • Megfogalmazni az indukált emisszióval keletkező fotonok speciális tulajdonságait.
  • Elmondani, milyen tényezők befolyásolják egy anyagban a másodpercenként bekövetkező indukált és spontán emissziók illetve az abszorpciók számát.
  • Megfogalmazni a p-arány jelentését és értelmezni az azt megadó formulát.
  • Meghatározni, milyen feltételek mellet lépi át a p-arány a kritikus 1 értéket.
  • A populációinverzió fogalmát meghatározni és szükségszerűségét kimutatni.

Támpontok a tanuláshoz

A lecke anyaga erősen kapcsolódik a fotonról korábban tanultakhoz (16. lecke). Ezért ha szükséges, ismételje át azt.

A kvantumerősítők működése az indukált emisszió jelenségén alapul. Ezért különösen fontos megérteni, miben különbözik ez a spontán emissziótól: az indukált emissziót a rendszerben már jelen levő fotonok váltják ki annál nagyobb valószínűséggel, minél több az ott lévő foton és az indukált emisszió az eredeti fotonokkal mindenben teljesen azonos fotont hoz létre. Ezt a témát alaposan tanulmányozza át a jegyzet alapján.

A különféle átmenetek bekövetkeztének valószínűségét befolyásoló tényezőket értse meg, de az ez után következő levezetést nem kell tudni önállóan reprodukálni. A levezetés eredményeként adódó formula a p-arányra viszont kulcsfontosságú, így annak jelentését mindenképp tudni kell és a jegyzetbeli számolási feladatok alapján ezt fel kell tudni használni az indukált és spontán emissziók számarányával kapcsolatos számolási problémák megoldására.

A populációinverzió fogalma könnyen megérthető. Ez a mézerek és lézerek működésének az egyik sarokpontja lesz.

Ellenőrző kérdések
1. Miben különböznek az indukált illetve a spontán emisszióval keletkező fotonok?
Az indukált emisszióval keletkező fotonoknak nagyobb az energiája.
Az indukált emisszióval keletkező fotonokat könnyebb elektromos ill. mágneses térben eltéríteni.
Az indukált emisszióval keletkező fotonoknak nagyobb az áthatolóképessége.
Az indukált emisszióval keletkező fotonok koherensek.
2. Mit nevezünk populáció inverziónak?
Amikor a magasabb energiaszintek alacsonyabbra, az alacsonyabbak pedig magasabbra kerülnek.
Azt az állapotot, amikor a p-arány 1-nél nagyobb.
Azt az állapotot, amikor magasabb energiaszinten több részecske van, mint az alacsonyon.
3. Normál anyagban miért nem valósul meg a populációinverzió huzamosabb ideig?
Azért, mert a normál anyagban a magasabb energiaszintre gerjesztett elektronok az energiaminimum elve miatt nagyon rövid idő alatt spontán visszakerülnek alapállapotba.
Azért, mert a normál anyagban kevés olyan atom van, amelyben az elektronok gerjeszthetők.
Azért, mert a normál anyagban az atomok túl messze vannak egymástól ahhoz, hogy az effektus megfigyelhető legyen.
4. Melyik folyamat játszódik le a külső behatásoktól függetlenül?
Az indukált emisszió.
A spontán emisszió.
A gerjesztés.
Az ionizáció.
5. Milyen sugárzási tartományban lesz a p-arány 1-nél nagyobb szobahőmérsékleten?
Látható tartományban.
Röntgentartományban.
A mikrohullámú és a rádiófrekvenciás tartományban.
Ultraibolya tartományban.
6. Válassza ki a helytelen választ! Mely feltételek teljesülése kell ahhoz, hogy indukált emisszió alapján működő koherens erősítést tudjunk megvalósítani?
Tartós populáció inverziót kell megvalósítani.
Biztosítani kell, hogy a p-arány 1-nél nagyobb legyen.
A gerjesztett elektronok számát tartósan minimálisra kell csökkenteni.