5.6. Вынужденное излучение. Лазеры

Атомы могут излучать самопроизвольно (спонтанно), но процесс излучения может быть и вынужденным. В первом случае падающий фотон с энергией hn возбуждает атом, переводя электрон в состояние с более высокой энергией.

излучения. Каждый испущенный фотон может в свою очередь стимулировать испускание фотонов другими атомами, так что система в целом может почти разом излучить всю энергию возбуждения в виде сгустка фотонов, находящихся в фазе друг с другом. Различие спонтанного и вынужденного излучения заключается в том, что в первом случае фотоны излучаются в случайных направлениях с разными фазами. При вынужденном излучении фотоны испускаются почти одновременно и в одной фазе. При создании лазера решали две главные проблемы, во-первых, «накачать» энергию в систему атомов так, чтобы большое число атомов находилось в возбужденном состоянии, и, во-вторых, добиться того, чтобы большинство фотонов испускалось в одном направлении. Для решения этих задач весьма подходящим оказалось одно свойство кристаллов рубина. Энергетические уровни рубина представляют собой не тонкие линии, а довольно широкие полосы (рис. 5.6).

Белый свет от источника оптической накачки содержит большое число фотонов с энергиями внутри полос.

Для лазерного излучения характерны следующие особенности:

1) строгая монохроматичность ();

2) высокая временная и пространственная когерентность;

3) большая плотность потока энергии;

4) малое угловое расхождение в пучке.

Применения лазеров многообразны, это использование пучков света с высокой плотностью мощности для механической обработки и сварки, применение в медицине в качестве бескровных скальпелей. Лазерные локаторы позволяют контролировать распределение загрязнений в атмосфере, температуру и другие параметры. С появлением лазеров связаны новые разделы физики: нелинейная оптика и голография. Возникла лазерная спектроскопия, лазерная химия (химические превращения под воздействием лазерного излучения).