2.Лазеры

В 1954 г. Советские физики Басов и Прохоров и независимо от них американский ученый Таунс, используя индуцированное излучение, создали квантовый генератор в микроволновом диапазоне, названный мазером, получив в 1964г. Нобелевскую премию.

Лазеры(оптические квантовые генераторы) – это квантовые генераторы, работающие на принципе усиления излучения в активных средах в оптическом диапазоне: в видимой, инфракрасной и ближней ультрафиолетовой областях. Первый лазер на рубине был создан в США Мейманом(1960).

Лазеры подразделяются:

- по типу активной среды(твердотельные, газовые, полупроводниковые и жидкостные);

- по методам накачки(световые(оптические), тепловые, химические, электроионизационные и др.);

- по режиму генерации(непрерывного или импульсного действия).

На примере трехуровневой системы создание инверсной среды световой накачкой в рубиновом лазере. Активной средой явл. цилиндрический монокристалл рубина. В монокристалле рубина хром находится в виде ионов. Энергию накачки создают с помощью газоразрядных ламп, работающих в импульсном режиме.

Свойства лазерного излучения:

1.Высокая временная и пространственная когерентность. Время когерентности τ~10^-3 с, что соответствует когерентности l=cτ~10⁵м, т.е. на семь порядков выше чем для обычных источников света.

2.Высокая степень монохроматичности(∆λ<10^-11м)

3.Большая плотность потока энергии. Интенсивность лазерного излучения соответствует эффективной температуре, превышающей температуру солнца в 10¹¹-10¹²раз;

4.Очень малое угловое расхождение пучка(в 10⁴ раз меньше, чем у традиционных оптических осветительных систем, например у прожектора)

В настоящее время лазеры широко применяются в разнообразных областях – медицине, измерительной технике, голографии и д.р.

БИЛЕТ 23

1.Ультрафиолетовая катастрофа

Закон Стефана-Больцмана – энергетическая светимость черного тела пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры .

В.Вином была предположена эмпирическая формула для спектральности равновесного излучения. Согласно закону излучения Вина зависимость универсальной функции Кирхгофа от частоты света и термодинамической температуры имеет вид

где а и b постоянные определяемые опытным путем. Из закона излучения Вина следует, что энергия излучения черного тела распределена по спектру неравномерно. Кривая спектральной плотности энергетической светимости всегда имеет максимум который смещается при повышении температуры.

Формула Вина справедлива в области коротких длин волн(или низких Т), но отклоняется от эксперемента в области более длинных волн.

Положение максимума в спектре его излучения описывается эксперементальным законом смещения Вина:

Длина волны λ_max, соответствующая максимальному значению спектральной плотности энергетической светимости r_λ,T черного тела, обратно пропорциональна его термодинамической температуре λ_max=b/T, b – постоянная Вина. Из закона Вина следует, что при возрастании температуры положение максимума функции r_λ,T смещается в область коротких длин волн.

Применяя к тепловому излучению классический закон равнораспределения энергии по степеням свободы Рэлей и Джинс получили следующее выражение для зависимости спектральной плотности энергетической светимости черного тела r_ω,T от частоты света:

где <e> =kT. Уравнение называется Рэлея_Джинса.

Формула РД согласуется с эксперементом только в области высоких температур и малых частот, которым соответствует длинноволновая область. Попытка получить закон Стефана-Больцмана из формулы РД приводит к абсурдному результату –«ультрафиолетовой катастрофе»: неограничено растет, достигая чрезвычайно больших значений в ультрафиолете. Интеграл

с из формулы РД расходится, в то время как по закону Стефана-Больцмана энергетическая светимостьR_e при любой температуре конечна и пропорциональна четвертой степени температуры.