Поглощение света

Если излучение пройдёт через газ, то атомы газа будут переходить в возбуждённое состояние.

В атоме H₂ поглощаются те фотоны, которые соответствуют серии Лаймана. Рассмотрев излучение после прохода через газ, там мы не найдём фотонов с энергиями Е₂-Е₁; Е₃-Е₁ … т.е. эти фотоны поглощены газом. В спектрограммах появятся тёмные линии, в соответствии с этой энергией ΔЕ=hν. При поглощении и излучении э/м волн, можно получить равновесие, когда: 1) в условиях равновесия вероятность вынужденных переходов, которые сопровождаются излучением равна вероятности вынужденных переходов с поглощением. Излучение вынужденное и вынуждающее – когерентны, т.е. за время τ = 10^-8с атом излучает фотон самопроизвольно. Но есть и вынужденные излучения. Пусть атом возбуждён и у него энергия Е_к, он может испустить фотон, фотон этот будет с энергией Е_к-Е_п. Поместим этот атом в э/м поле, в котором будут фотоны с такой же энергией, тогда вероятность испускания фотона с энергией hν= Е_к-Е_п будет больше. Т.е. это вынужденное излучение. Фотон вынужденного излучения совпадает по фазе и летит в том же направлении с внешним фотоном. Если записать колебания напряжённости вектора Е фотона: E=E₀cosω₀t это гармонические колебания. Есть колебания, значит и заряд будет испытывать вынужденные колебания и будет испускать с частотой ω. ω_{0 –} частота колебания вектора напряжённости. ω₀  ω, но чем они ближе, тем больше амплитуда вынужденных колебаний, т.е. наступает резонанс и тем больше получаем вынужденные колебания.

Сделаем атомы газа, часть их, возбуждёнными.

1) переход атомов в возбуждённое состояние на более высокий уровень(накачка);

2) в метастабильное состоянии атом сам переходит, здесь он может быть довольно долго;

3) вынужденный переход под действием фотона с ΔЕ=hν.

Происходит процесс вынужденного излучения.

Т.е. количество фотонов растёт лавиной, т.е. на выходе мы имеем довольно сильное когерентное узконаправленное излучение.

Нелинейная оптика

Когда источник света не лазер, то напряжённость волны(Е_волны), Е_волны << Е_{мик.поля}(Е_{мик.поля} - напряжённость колебании кристаллической решётки). Из-за этого оптические свойства кристаллов не зависят от интенсивности света. Распространение света в такой среде можно описать линейными диф. уравнениями. Значит можно назвать долазерную оптику линейной. Если у нас лазер, то мы можем получить волну с E_волны = Е_{макс.поля}. Т.е. здесь Е волны уже реагирует на напряжённость кристаллической решётки. Здесь уже показатель преломления зависит от напряжённости поля. Здесь нарушается принцип суперпозиции, тут волны разные распространяются в среде, оказывают влияние друг на друга. Появляются нелинейные явления: 1) нелинейное отражение света. Если интенсивности света I велики, то в отражённом свете появляются излучения с частотами 2ω (т.е. частоты в 2 раза больше ω – частоты падающего света), но будет и с ω тоже. Направление луча 2ω не совпадает с зеркально-отражённым лучом с частотой ω. Т.е. линейный эффект и нелинейный. 2) Самофокусировка света. При обычных интенсивностях света, мы видим дифференциальное расплытие пучка света. При некоторых критических значениях мощности, то нам пучок не будет расходиться. Если взять мощность (P), причём P>P_{критич.}, то пучок сожмётся, самосфокусируется. Ведь при увеличении напряжённости электрического поля световой волны увеличивается показатель преломления. Значит, лучи изгибаются в направлениях к оси, и пучок сжимается. 3) Оптические гармоники: при распространении света в сред кроме частоты первоначального луча ω будут гармоники с частотами 2ω, 3ω и т.д. 4) Многофотонные процессы: в одном элементарном акте может поглощаться 2 фотона.

ΔЕ=hν₁+ hν₂. Наблюдались процессы с 7-ми фотонной ионизацией процессов, т.е. поглощение сразу 7-ми фотонов.