1. Види випромінювання, яке присутнє в оптичному діапазоні. Відмінність між лазером і мазером?

Оптичний діапазон – це електромагнітні коливання, довжина хвилі яких лежить у межах від 1 мм до 1 нм. Виділяють: ультрафіолетове випромінювання 1нм – 0,78 мкм; видиме випромінювання 0,38 мкм – 0,78 мкм; інфрачервоне випромінювання 0,78 мкм – 1000 мкм.

Лазер (оптичний квантовий генератор) – джерело електромагнітного випромінювання видимого, інфрачервоного і ультрафіолетового діапазонів, засноване на вимушеному випромінюванні атомів і молекул. Слово "лазер" складене з початкових букв (абревіатура) слів англійської фрази "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", що означає "посилення світла в результаті вимушеного випромінювання". У літературі вживається також термін "оптичний квантовий генератор" (ОКГ).

Мазер – квантовий генератор електро-магнітного випромінювання радіодіапазону.

(від поч. букв англ. слів Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation - посилення мікрохвиль надвисокої частоти (НВЧ) в результаті вимушеного випромінювання) загальна назва квантового підсилювача і квантового генератора НВЧ. Мазери використовуються в техніці (зокрема, в космічному зв'язку), у фізичних дослідженнях, а також як квантові стандарти частоти.

2. Поняття про квантову систему.

Квантовими системами називають системи, які складаються з мікрочастинок (електронів, ядер, атомів, молекул та інш.). В квантовій теорії окремий електрон, атом, молекулу можна розглядати тільки як об’єкт, що існує в деякому дозволеному квантовому стані.

Енергетичний стан, яким може володіти квантова система, представляється у вигляді рівнів енергії. Самий нижній рівень, якій відповідає найменшій можливій енергії системи, називається основним - позначається Ео. Всі інші рівні Еj (j = 1, 2, 3, 4…) називаються збудженими, т.я для переходу на них з основного рівня необхідно збудити систему, т.б. повідомити (может сказать прикласти) їй додаткову енергію.

Е _j

Е_о

Рисунок 1 – Схема зображення енергетичних рівнів квантової системи

3. Поняття про квантовий перехід.

Квантовий перехід – це перехід з одного квантового стану в інший.

Стан електрона в атомі, якій перебуває в зовнішнім електричному полі, або в полі інших мікрочастинок, описується хвильовою функцією Ψ, що задовольняє рівняння Шредингера

Стан квантових часток, який описується функціями _n, для яких енергія має певне значення Е_n, називаються стаціонарними станами, тобто стійкими, стабільними.

Стаціонарний стан, якому відповідає мінімальне значення енергії частиці, - основний (незбуджений), а всі інші - збуджені.

Сукупність безлічі значень енергій стаціонарних станів називають енергетичним спектром квантової системи. При переході з одного стану в інше внутрішня енергія змінюється дискретно, на величину рівну різниці енергій енергетичних рівнів

4. Умова віддачі і поглинання енергії. 3 стани в яких знаходиться квантова система.

Закони збереження енергії та імпульсу

ħω + Е = ћω' + Е'

ħ'к + р = ћк' + р' ,

де Е і р – енергія і імпульс системи до взаємодії з квантом світла,

Е', р' – після взаємодії,

аналогічно ħω, ħ'к – енергія і імпульс фотона до взаємодії…

ћω', ћк' – після…

Нехай Е_m>Е_n , можливі 3 ситуації:

1) Е = Е_m; Е' = Е_m > Е_n; ћω' = ħω_mn = Е_m - Е_n;

ħω ≠ Е_m - Е_n , тому ħω = 0. Це означає, що система в результаті взаємодії перейшла у більш низький енергетичний стан. Такий процес називається спонтанним випусканням (випромінюванням) (испусканием) фотона.

2) Е = Е_n; Е' = Е_m > Е_n; ћω = ħω_mn = Е_m - Е_n; ћω' = 0;

ћω збуджує систему і переводить її з більш низького у більш високий енергетичний стан з поглинанням кванта світла. Такий процес називається резонансним поглинанням світла.

3) Е = Е_m ; Е' = Е_n< Е_m; ћω = ћω' = ħω_mn = Е_m - Е_n.

ħω = Е_m-Е_n не зникає, виникає додатковий фотон ћω' = ħω = Е_m-Е_n . Система в результаті взаємодії перейшла з більш високого в більш низький рівень з випромінюванням кванта світла з частотою, яка дорівнює частоті переходу. В якості змушуючого фактора, який визначає подібний перехід, виступає фотон, з тією ж частотою, що й випромінений. Такий перехід називається вимушеним випромінюванням фотону.