Оптические приборы

Следовательно, только вынужденное освещение может создать остронаправленную, когерентную волну. Тем не менее, нужно иметь в виду, что одновременно идут два противоположных процесса: поглощение и вынужденное освещение, потому что в соответствии с принципом детального равновесия в термодинамически равновесной среде каждому процессу можно сопоставить обратный процесс, при этом скорости их протекания одинаковы. Ускорение света средой будет происходить в том случае, когда вынужденное освещение будет преобладать над поглощением.Найдем условие, при котором вынужденное освещение преобладает над поглощением.Рассмотрим среду, в которой атомов находится на нижнем энергетическом уровне иатомов – на верхнем энергетическом уровне. Обозначимвероятность того, что за единицу времени атом, который находится на верхнем уровне, спонтанно испустит фотон,– вероятность вынужденного освещения,– вероятность поглощения. Вероятности вынужденных переходов (освещения и поглощения) пропорциональны спектральной плотности энергии электромагнитного поля, которое вынуждает переход, который приходится на частоту, соответствующую данному переходу (). Обозначив коэффициент пропорциональности буквой В, можно записать:и. (2.3)Величины иназываются коэффициентами Эйнштейна. В соответствии с принципом детального равновесия, в термодинамически равновесной среде:. (2.4)Таким образом:. (2.5)За единицу времени все атомы среды спонтанно испустят фотонов, а вынужденно –фотонов. В то же время будет поглощенофотонов. В таком случае условие равновесия будет иметь следующий вид:. (2.6)Теперь сравним количество фотонов, вынужденно испускаемых, с количеством поглощаемых фотонов. Из выражений (2.5) – (2.6) следует: для того что бы получить ускорение падающей волны, нужно выполнение условия:. (2.7)Говоря иными словами, на верхнем энергетическом уровне должно находиться больше атомов, чем на нижнем энергетическом уровне. Пребывание совокупности атомов, для которого выполняется условие (2.7), называется пребыванием с инверсной населенностью.В веществе с инверсной населённостью энергетических уровней вынужденное освещение превысит поглощение света атомами, вследствие чего падающий пучок света при прохождении через вещество будет усиливаться. Лазер генерирует свет за счет вынужденного освещения. Для этого нужно иметь среду с инверсной населенностью уровней. Тем не менее, получить инверсную населенность непросто.Любая среда (термодинамическая система) стремится перейти в пребывание теплового равновесия. При этом атомы распределены по энергетическим уровням по закону Больцмана: . (2.8)Поскольку абсолютная температура , то из выражения (2.8) следует, что. Следовательно, в пребывании теплового равновесия поглощение всегда сильнее, чем вынужденное освещение. По данной причине тепловые источники излучают за счет спонтанного освещения.Инверсная населенность – неравновесное пребывание. Для поддержания среды в неравновесном пребывании нужно мощное внешнее влияние. Такое влияниеействие называется накачкой. Прекращение накачки приводит к быстрому исчезновению инверсной населенности. Зачастую используется оптическая накачка (облучение среды световым пучком) или электрическая накачка (пропускание через среду электрического тока). Тем не менее, даже самое мощное влияние само по себе приводит только к выравниванию населенностей, но не к инверсной населенности. Обойти такую трудность можно так: внешнее влияние осуществляется на одной паре уровней, а инверсная населенность появляется на другой паре уровней. По данной причине в любой схеме накачки используется не меньше трех разных энергетических уровней.ЗаключениеТаким образом, можно сделать следующие выводы.Визуальными приборами называются устройства, которые предназначаются для получения изображений разных объектов. Существуют различные оптические приборы, которые вооружают глаз. Одни из них позволяют различать удалённые объекты (телескоп, бинокль), другие — мелкие объекты (микроскоп, лупа). К визуальным приборам относятся также технические устройства, которые позволяют получать изображения на светочувствительных пластинках, экранах, фотоплёнках и т. д., которые установлены в плоскости изображения. К таким приборам относятся, к примеру, проекционный аппарат и фотоаппарат.Список использованных источниковБатышев, А.И. Материаловедение и технология материалов: Учебное пособие / А.И. Батышев, А.А. Смолькин. - М.: ИНФРА-М, 2012. - 288 c.Безпалько, В.И. Материаловедение и технология материалов: Учебное пособие / Под ред. А.И. Батышев, А.А. Смолькин. - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2013. - 288 c.Бондаренко, Г.Г. Основы физического материаловедения: Учебник / Г.Г. Бондаренко. - М.: Бином, 2014. - 760 c.Захаров, А.Ю. Теоретические основы физического материаловедения. Статистическая термодинамика модельных систем: Учебное пособие / А.Ю. Захаров. - СПб.: Лань, 2016. - 256 c.Нанотехнологии в ближайшем десятилетии. Под редакцией М.К.Роко, Р.С.Уильямса, П.Аливисатоса. Москва, Мир, 2002.Храмцов, Н.В. Основы полупроводникового материаловедения / Н.В. Храмцов. - М.: АСВ, 2011. - 240 c.