KURZUS: Műszaki fizika alapjai

MODUL: XII. modul: Lézerek és mézerek

31. lecke: A fény és az anyag kölcsönhatása

| A jegyzet feldolgozandó fejezetei:
A fény és anyag kölcsönhatása Az indukált átmenetek Kvantumerősítők
Tanulási célok: A lecke anyagának feldolgozása után Ön képes lesz:
Megfogalmazni az indukált és spontán emisszió közti különbséget. Megfogalmazni az indukált emisszióval keletkező fotonok speciális tulajdonságait. Elmondani, milyen tényezők befolyásolják egy anyagban a másodpercenként bekövetkező indukált és spontán emissziók illetve az abszorpciók számát. Megfogalmazni a p-arány jelentését és értelmezni az azt megadó formulát. Meghatározni, milyen feltételek mellet lépi át a p-arány a kritikus 1 értéket. A populációinverzió fogalmát meghatározni és szükségszerűségét kimutatni.
Támpontok a tanuláshoz
A lecke anyaga erősen kapcsolódik a fotonról korábban tanultakhoz (16. lecke). Ezért ha szükséges, ismételje át azt.
A kvantumerősítők működése az indukált emisszió jelenségén alapul. Ezért különösen fontos megérteni, miben különbözik ez a spontán emissziótól: az indukált emissziót a rendszerben már jelen levő fotonok váltják ki annál nagyobb valószínűséggel, minél több az ott lévő foton és az indukált emisszió az eredeti fotonokkal mindenben teljesen azonos fotont hoz létre. Ezt a témát alaposan tanulmányozza át a jegyzet alapján.
A különféle átmenetek bekövetkeztének valószínűségét befolyásoló tényezőket értse meg, de az ez után következő levezetést nem kell tudni önállóan reprodukálni. A levezetés eredményeként adódó formula a p-arányra viszont kulcsfontosságú, így annak jelentését mindenképp tudni kell és a jegyzetbeli számolási feladatok alapján ezt fel kell tudni használni az indukált és spontán emissziók számarányával kapcsolatos számolási problémák megoldására.
A populációinverzió fogalma könnyen megérthető. Ez a mézerek és lézerek működésének az egyik sarokpontja lesz.

| Ellenőrző kérdések
1. Miben különböznek az indukált illetve a spontán emisszióval keletkező fotonok?
| Az indukált emisszióval keletkező fotonoknak nagyobb az energiája.
| Az indukált emisszióval keletkező fotonokat könnyebb elektromos, ill. mágneses térben eltéríteni.
| Az indukált emisszióval keletkező fotonoknak nagyobb az áthatolóképessége.
| Az indukált emisszióval keletkező fotonok koherensek.
2. Mit nevezünk populáció inverziónak?
| Amikor a magasabb energiaszintek alacsonyabbra, az alacsonyabbak pedig magasabbra kerülnek.
| Azt az állapotot, amikor a p-arány 1-nél nagyobb.
| Azt az állapotot, amikor magasabb energiaszinten több részecske van, mint az alacsonyon.
3. Normál anyagban miért nem valósul meg a populációinverzió huzamosabb ideig?
| Azért, mert a normál anyagban a magasabb energiaszintre gerjesztett elektronok az energiaminimum elve miatt nagyon rövid idő alatt spontán visszakerülnek alapállapotba.
| Azért, mert a normál anyagban kevés olyan atom van, amelyben az elektronok gerjeszthetők.
| Azért, mert a normál anyagban az atomok túl messze vannak egymástól ahhoz, hogy az effektus megfigyelhető legyen.
4. Melyik folyamat játszódik le a külső behatásoktól függetlenül?
| Az indukált emisszió.
| A spontán emisszió.
| A gerjesztés.
| Az ionizáció.
5. Milyen sugárzási tartományban lesz a p-arány 1-nél nagyobb szobahőmérsékleten?
| Látható tartományban.
| Röntgentartományban.
| A mikrohullámú és a rádiófrekvenciás tartományban.
| Ultraibolya tartományban.
6. Válassza ki a helytelen választ! Mely feltételek teljesülése kell ahhoz, hogy indukált emisszió alapján működő koherens erősítést tudjunk megvalósítani?
| Tartós populáció inverziót kell megvalósítani.
| Biztosítani kell, hogy a p-arány 1-nél nagyobb legyen.
| A gerjesztett elektronok számát tartósan minimálisra kell csökkenteni.
Ha a lecke feldolgozásában elakad, kérje a tutor segítségét!