2-мавзу: Спонтан мажбурий ва индуцирланган нурланиш. Лазерлар

1. Спонтан нурланиш. Атом биз юқорида кўриб ўтганимиздек, энергиялари , , ,... бўлган квант ҳолатларда бўлиши мумкин. Содда бўлиши учун биз атомнинг ва энергияли ҳолатларини кўриб ўтайлик (27.1-расм). Агар атом энергияли асосий 1 холатда бўлса, уни ташқи нурланиш таъсирида энергияли уйғонган юқори 2 ҳолатга мажбуран ўтказиш мумкин . Атом уйғонган холатда қисқа вақт (10^-8c) бўлгандан кейин у энергияли фотон чиқариб, ўз-ўзидан ташқи таъсирсиз спонтан ҳолда паст энергияли асосий ҳолатига қайтиши мумкин. Бу вақтда чиқарилган нурланиш спонтан нурланиш дейилади.
Спонтан нурланишни эҳтимоллиги қанча катта бўлса, атомни уйғонган, ҳолатда бўлиш вақти шунча кичик бўлади. Атомларнинг спонтан нурланиши бир-бирига мувофиқлашмаган ҳолда турли йўналиш ва вақтларда содир бўлади. Шунинг учун турли атомлардан чиқаётган нурланишларнинг тебраниш текисликлари, фазалари, йўналишлари турлича, аниқроғи эҳтимоллик характерга эга бўлади, натижада спонтан нурланиш когерент бўлмайди. Чўғланма ва люминесцент манбалардан доимо спонтан нурланиш чиқади.
Ёруғлик кванти атомнинг «2» ҳолатдан «1» ҳолатга ўз-ўзидан ўтганда чиқади. Бу жараён эҳтимоллиги юқори энергетик сатҳдаги атомлар сонига пропорционалдир:
(27.7)
бу ерда ‑ Эйнштейн коэффициенти.
3. Мажбурий нурланиш. А.Эйнштейн 1916 йилда назарий текширишлар натижасида атомларнинг қўзғалган ҳолатдан қўзғалмаган холатга ўтиши нафақат ўз-ўзидан (спонтан), балки ташқи таъсир туфайли мажбурий (индукцияланган) бўлиши ҳам мумкин деган хулосага келди. Бундай мажбурий ўтишда вужудга келадиган нурланишни мажбурий нурланиш ёки индуцирланган нурланиш деб аталади. Ташқи таъсир деганда атомни бошқа зарралар билан тўқнашуви ёки таъсирлашуви тушинилади. Лекин кўп ҳолларда мажбурий нурланиш шу нурланишни частотасига айнан тенг бўлган частотали электромагнит тўлқин (фотон) таъсирида содир бўлади. Частотаси бошқачароқ бўлган фотонлар системанинг хусусий тебранишлари билан резонанслашмайди, натижада уларнинг индукцияловчи таъсири анча кучсиз бўлади. Атомларнинг мажбурий нурланишини ҳосил бўлиши учун уйғонган атом яқинидан учиб ўтаётган фотон уни уйғонган ҳолатда яшаш вақтини қисқартириб, уни қуйироқ энергияли ҳолатга ўтишга мажбур қилади. Бунда атом ўзини нурланишга индуцирланган фотонга айнан ўхшаш фотон чиқаради. Натижада бир фотон иккита бўлади ва улар ўз йўналишида ҳаракатини давом эттириб, йўлида учраган бошқа уйғонган атомларни ҳам мажбурий нурланишга рағбатлантирадилар. Шу тариқа борган сари кўчкисимон кўпайиб борадиган фотонлар оқими хосил бўлиб, моддага тушаётган нурланишни кучайишига сабаб бўлади. Мажбурий нурланиш индуцирланган нурланиш билан когерент бўлади. Ҳосил бўлган нурланиш бир хил частота, ҳаракат йўналиши, фаза ва қутбланиш текислигига эга бўлади.
Атомнинг «2» ҳолатдан «1» ҳолатга ёруғликнинг резонанс кванти таъсирида ўтишида, худди шундай частота квант нурланиши билан ўтади. Бундай жараённинг эҳтимоллиги қуйидагича бўлади:
(27.8)
бу ерда ‑ Эйнштейн коэффициенти.