55. Спонтанное и вынужденное излучение. Коэффициенты Эйнштейна.

Вынужденное излучение— генерация нового фотона при переходе квантовой системы (атома, молекулы, ядра и т. д.) из возбуждённого в стабильное состояние. Спонтанное излучение— процесс самопроизвольного испускания электромагнитного излучения квантовыми системами (атомами, молекулами) при их переходе из возбуждённого состояния в стабильное. Коэффициенты Эйнштейна - коэф., характеризующие вероятности излучательных квантовых переходов. Вероятности спонтанного испускания, поглощения и вынужденного испускания характеризуются соответственно коэф. А_ki, B_ik, B_ki (индексы указывают на направление перехода между верх. k и ниж. i уровнями энергии).

56. Закон Бугера-Ламберта. Условие отрицательного поглощения. Инверсное состояние.

Закон Бугера – Ламберта – физический закон, определяющий ослабление параллельного монохроматического пучка света при распространении его в поглощающей среде. Закон выражается следующей формулой: I(l)=I₀e^-k_λ^l

где I₀ — интенсивность входящего пучка, l — толщина слоя вещества, через которое проходит свет, k_λ — показатель поглощения. Отрицательное поглощение возможно лишь при неравновесном распределении атомов по уровням, когда верхние уровни относительно больше заселены, чем это имеет место при наличии термодинамического равновесия.

Создание инверсного состояния в активном элементе связано, как правило, с рядом переходов, происходящих в активном центре. В зависимости от количества уровней лазерной генерации, квантовую систему классифицируют как двух -, трех - и четырехуровневую схемы функционирования рабочих центров.

57. Инверсия населенности. Трехуровневая схема.

Инверсия населенности – неравновесное состояние вещества, при котором населенность верхнего из пары уровней энергии одного типа атомов (ионов, молекул), входящих в состав вещества, превышает населенность нижнего. Инверсия населенностей лежит в основе работы лазеров и других приборов квантовой электроники.

58. Принцип действия лазера. Свойства лазерного излучения.

При работе лазера происходит испускание фотонов и усиление этого испускания атомами и молекулами в специальной оптической среде.

Все лазерные устройства состоят из трех основных компонентов: источника энергии, активной среды и лазерного резонатора. Лазерное излучение генерируется активной лазерной средой, которая может быть твердым телом, жидкостью, газом или полупроводником. Перевод в возбужденное состояние активной среды, при котором подавляюще большинство атомов и молекул активной среды одновременно переходят в более высокое энергетическое состояние, обеспечивается источником энергии. В медицинских лазерных системах могут применяться различные источники энергии, наиболее часто в качестве источника энергии используются лампы-вспышки и электрический ток.

Лазерный пучок, получаемый при вынужденном излучении в результате многократного отражения света между зеркалами лазерного резонатора, обладает специфическими свойствами, обусловленными тем, что характеристики всех генерируемых фотонов совпадают с характеристиками каждого из инициирующих фотонов.

Лазерный пучок обладает следующими тремя свойствами:

- когерентностью – все волны лазерного пучка имеют одинаковую фазу;

- направленностью – очень малым расхождением лучей лазерного пучка даже на больших дистанциях, т.е. почти параллельные лучи;

- монохроматичностью – все волны имеют одинаковую длину и частоту (экстремально узкая спектральная полоса излучения). В медицинских системах и в большинстве клинических методах спектральная ширина полосы выходного пучка столь мала, что ею можно пренебречь, в связи с чем такие лазеры можно считать работающими на одной единственной длине волны, т.е. монохроматичными.