2-мавзу: Спонтан мажбурий ва индуцирланган нурланиш. Лазерлар

2. Квант системада спонтан ва мажбурий нурланиш

Бор атом назарияси атом физикасининг ва хусусан квант механикасининг ривожланишида муҳим аҳамиятига эга бўлди. Аммо Бор атом назарияси тугал назария эмас эди. У кўп электронли атомларнинг ва ҳатто водороддан кейинги элемент – гелийнинг нурланиш спектрини ҳам тушунтириб беролмади. Атом бир ҳолатдан бошқа ҳолатга ўтиши учун атом аниқ энергияли ёруғлик фотонини ютиши ёки чиқариши керак. Атом қандай қилиб керакли энергияли фотонни танлайди? Бундай саволларга ўша вақтда Борнинг ўзи ҳам жавоб топа олмади. Бундай саволларга 1916-1920 йилларда Эйнштейн жавоб топди.

27.1-rasm.
Иккита сатҳни кўриб ўтамиз: , , , лар билан, мос равишда пастки ва юқори сатҳларнинг энергиясини ва атомлар сонини белгилаймиз (27.1-расм). Иссиқлик мувозанатида сатҳларнинг тўлдирилганлиги ва Больцман тақсимотига бўйсунади:
(27.5)
Эйнштейн атомдаги квант ўтишларни эхтимоллик характеридан келиб чиқиб атомнинг нур сочиш ва ютишини тушунтириб берди. Нурланишнинг эҳтимоллик характерда бўлиши Планк томонидан уни узлукли жараён сифатида қаралаётгандаёқ аниқ бўлган эди.
Эйнштейн ёруғлик сочиши ёки ютиши мумкин бўлган мувозанатли атомлар тўплами билан нурланишнинг ўзаро таъсири масаласини кўриб чиқди (27.1-расм). Агар соддалаштириш мақсадида атомларда фақат иккита энергетик сатҳ бор десак, нурланиш частотаси учун (27.4) дан
(27.6)
бўлади. Атомларнинг нурланиши билан ўзаро таъсирининг 3 хил асосий жараёни бор. Биринчи жараёнда атом ўз-ўзидан фотон сочиб, юқори энергияли сатҳдан қуйи энергияли сатҳга ўтади, атомнинг бундай нурланишига спонтан нурланиш дейилади. Атомнинг спонтан нурланиши ҳеч қандай ташқи таъсирларга боғлиқ эмас ва уни бошқариб ҳам бўлмайди. Бу жараён худди радиактив элементлар ядроларининг емирилишига ўхшайди. Спонтан нурланиш аниқ ифодаланган тасодифий характерига эга, бу нурланиш вақтини ва нурланиш йўналишини тасодифийлигида намоён бўлади. Иккинчиси атомнинг мажбурий (индукцияланган) нурланишидир. Бу нурланиш частотаси бўлган нурланиш таъсирида содир бўлади. Энергияси бўлган фотон атомни энергияси бўлган юқори энергетик сатҳдан энергияси бўлган қуйи сатҳга ўтишига таъсир кўрсатади. Бундай квант ўтиш жараёнида энергияси бўлган яна бир фотон ҳосил бўлади. Ҳосил бўлган фотон барча параметрлари билан тушаётган фотонга айнан ўхшайди. Бу жараённинг эҳтимоллиги тушаётган нурланишнинг зичлигига пропорционалдир.
Учинчи жараён атомларнинг нур ютиш жараёнидир. Бу жараённинг эҳтимоллиги ҳам тушаётган электромагнит нурланишнинг зичлигига боғлиқдир.