|
Возбуждение (повышение внутренней энергии) или ионизация атомов происходят под действием различных причин; в частности, энергия для этих процессов может быть получена при нагревании тел. Чем больше температура, тем больше энергия возбуждения и тем все более короткие волны (кванты с большей энергией) излучает нагретое тело. Поэтому при постепенном нагреве сначала появляется инфракрасное излучение (длинные волны), затем красное, к которому с ростом температуры добавляется оранжевое, желтое и т.д.; в конце концов получает свет Дальнейший нагрев приводит к появлению ультрафиолетовой компоненты.
Примеры применения:
- устройство для непрерывного измерения температуры ванны жидкого металла содержит стержень из светопроницаемого материала обладающего высокой температурой и коррозионной стойкостью. Стержень проходит сквозь стенку резервуара и внутри последнего заделывается в массу свободного от щелочей окисла с высокой температурой плавления, например окиси циркония. Конец стержня, находящийся в резервуаре, служит цветовым пирометром.
Излучательные и безызлучательныепереходы в инфракр. области часто используются для процессов и охлаждения:
- стеклоформирующий инструмент, включающий металлический корпус с покрытием, отличающийся тем, что с целью поьности и улучшения качества изделий, покрытие выполнено двухслойным, причем промежуточный слой выполнен из материала, поглощающего ближнюю инфракрасную область, например из графита, а наружный слой – из материала пропускающего в эже области спектра, например на основе прозрачной поликристаллической окиси алюминия;
- способ измерений коэффициента теплопроводности твердых тел, включающий изотермическую выдержку его охлаждение при постоянной температуре окружающей среды и регистрацию изменения температуры, отличающийся тем, что с целью измеренидности частично прозрачных материалов, образец на стадии поглощения помещают в вакуумное пространство и измеряют энергию, излучаемую поверхностью образца в спектральной области сильного поглощения.
Излучательные квантовые переходы могут происходить не только спонтанно, но, и вынуждено под действием внешнего излучения, частота которого согласована с энергией данного перехода. Излучение квантов света атомами и молекулами вещества под действием внешнего электромагнитного поля (излучения) называют вынужденным или индуцированным излучением.
Существенным отличием вынужденного излучения является то, что оно есть точная копия вынуждающего излучения. Совпадают все характеристики – частота, поляризация, направление распространения и фаза. Благодаря этому вынужденное излучение при некоторых обстоятельствах может привести к усилению внешнего излучения, прошедшего через вещество, вместо его поглощения. Поэтому иначе вынужденное излучение называют отрицательным поглощением.
Для возникновения вынужденного излучения необходимо наличие в веществе возбужденных атомов, т.е. атомов, находящихся на уровнях с большей энергией. Обычно доля таких атомов мала. Для того чтобы усилить проходящее через него излучение, нужно , чтобы доля возбужденных атомов была велика, чтобы уровни с большей энергией были "заселены" частицами гуще, чем нижние уровни. Такое состояние вещества называют состоянием с инверсией населенностей.
Открытие советскими физиками Фабрикантом, Вудынским и Бутаевой явления усиления электромагнитных волн при прохождении через среду с инверсией населенностей явилось основополагающим в деле развития оптических квантовых генераторов (лазеров) крупнейшего изобретения века.
Стержень из вещества с искусственно создаваемой инверсией населенностей, помещенный между двумя зеркалами, одно из которых полупрозрачно – вот принципиальная схема простейшего лазера.
Оптический резонатор из двух зеркал необходим для создания обратной связи: часть излучения возвращается в рабочее тело, индуцируя новую лавину фотонов. Излучение лазера монохроматично и когерентно в силу свойств индуцированного излучения.
Области применения лазеров обусловлены, основными характеристиками их излучения, такими как когерентность, монохромантичность, высокая концентрация энергии в луче и малая его расходимость. Помимо ставших уже традиционными областей применения лазеров, таких как обработка сверхтвердых и тугоплавких материалов, лазерная связь и лоя медицина и получение высокотемпературной плазмы – стали определяться новые интересные сферы их использования.
Чрезвычайно перспективны разработанные в последнее время лазеры на красителях, в отличии от обычных позволяющие плавно изменят частоту излучения в широком диапазоне от инфракрасной до ультрафиолетовой области спектра. Так, например, предполагается лазерным лучом разрывать или наоборот, создавать строго определенные связи.
Ведутся работы по разделению изотопов с помощью перестраиваемых лазеров. Меняя частоту лазеров, настраивают его в резонанс с определенным квантовым переходов одного из изотопов и тем самым переводят изотоп в возбужденное состояние, в котором его можно ионизировать и, с помощью электрических реакций, отделить от других изотопов.
А вот чисто изобретательское применение лазера в качестве датчика давления:
- устройство для измерения давления с частотным выходом, содержащее упругий чувствительный элемент, заполненный газом и соединенный через разделитель с измеряемой средой, и частотомер, отличающееся тем, что с целью повышения точности измерений, в нем в качестве упругого чувствительного элемента использована резонаторная ячейка газового квантового генератора.
В заключении следует отметить, что лазеры являются основным инструментом исследований в новой области физики – нелинейной оптике, которая самим своим возникновением полностью обязана мощным лазерам
Do'stlaringiz bilan baham: |
