На главную
Физика - одна из самых удивительных наук! Физика столь интенсивно развивается, что даже лучшие педагоги сталкиваются с большими трудностями, когда им надо рассказать о современной науке. Данный ресурс поможет эффективно и интересно изучать физику. Учите физику!
   

Обучение и материалы
Физический справочник
Формулы по физике
Шпаргалки по физике
Энциклопедия
Репетиторы по физике
Работа для физиков
Быстрый устный счет
Виртуальные лабораторные
Опыты по физике
ЕГЭ онлайн
Онлайн тестирование
Ученые физики
Необъяснимые явления
Ваша реклама на сайте
Разное
Контакты
Спецкурс
Фейнмановские лекции

В мире больших скоростей

Введение в теорию относительности

Лекции по биофизике
Лекции по ядерной физике
Ускорение времени...
Лазеры
Нанотехнологии
Книги
полезное
Смешные анекдоты о физике
Готовые шпоры по физике
Физика в жизни
Ученые и деньги
Нобелевские лауреаты
Фото
Видео
Карта сайта
На заметку
Если вам понравился сайт, предлагаем разместить нашу кнопку
Кнопка сайта All-fizika.com
Компьютерные программы
по физике
Программы по физике


Физика и юмор
Физика и юмор


Онлайн тестирование
по физике
Онлайн тестирование по физике



-









Переходы при резонансе

Первым рассмотрим случай идеального резонанса. Если положить ω =ω0, то экспоненты в обоих уравнениях (7.45) станут равными единице, и мы просто получим

Маленькое изображение
 

Если из этих уравнений исключить сперва γI а потом γII, то мы увидим, что каждое из них удовлетворяет дифференциальному уравнению простого гармонического движения

Маленькое изображение
 

Общее решение этих уравнений может быть составлено из синусов и косинусов. Легко проверить, что решениями являются следующие  выражения:

Маленькое изображение
 

где а и b — константы, которые надо еще определить так, чтобы они укладывались в ту или иную физическую ситуацию.
 
К примеру, предположим, что при t=0 наша молекулярная система была в верхнем энергетическом состоянии |/>, а это требует [из уравнения (7.40)], чтобы γ/ = 1 и γ//=0 при t=0. Для такого случая должно быть а = 1 и b=0. Вероятность того, что молекула окажется в том же состоянии |/> в какой-то позднейший момент  t, равна квадрату модуля γ/ или

Маленькое изображение
 

Точно так же и вероятность того, что молекула окажется в состоянии |II>, дается квадратом модуля γII:

Маленькое изображение
 

Маленькое изображениеПока E мало и пока мы находимся в резонансе, вероятности даются простыми колебательными функциями. Вероятность быть в состоянии |/> падает от единицы до нуля и возрастает опять, а вероятность быть в состоянии |//> растет от нуля до единицы и наоборот. Изменение обеих вероятностей во времени показано на фиг. 7.5. Нечего и говорить, что сумма обеих вероятностей всегда равна единице; ведь молекула всегда находится в каком-то состоянии.
 
Положим, что прохождение через полость занимает у молекулы время Т. Если сделать полость как раз такой длины, чтобы было μE0T/h=π/2, то молекула, ныряющая в нее в состоянии |/>, наверняка вынырнет из нее в состоянии |//>. Если она вошла в полость в верхнем состоянии, то выйдет из полости в нижнем. Иными словами, ее энергия упадет, и эта потеря энергии не сможет перейти ни во что другое, а только в механизм, который генерирует поле. Детали, которые помогли бы вам разглядеть, как именно энергией молекулы питаются колебания полости, не так уж просты; однако нам и не нужно все эти детали изучать, потому что имеется принцип сохранения энергии. (Мы могли бы, если бы это было нужно, изучить их, но тогда нам пришлось бы иметь дело с квантовой механикой поля в полости наряду с квантовой механикой
 
Подытожим. Молекула входит в полость, поле полости, колеблющееся с как раз нужной частотой, индуцирует переходы с верхнего состояния на нижнее, и высвобождаемой энергией питается осциллирующее поле. В работающий мазер молекулы доставляют достаточно энергии для того, чтобы поддерживались колебания полости, ее хватает не только на то, чтобы возместить потери в полости, но и на то, чтобы небольшие избытки энергии извлекались из полости. Итак, молекулярная энергия превращается  в энергию внешнего электромагнитного поля.
 
Вспомним, что перед входом в полость нам приходилось пользоваться фильтром, который разделял пучок так, что в полость входило только верхнее состояние. Легко показать, что, если бы мы начали с молекул в нижнем состоянии, процесс пошел бы в другую сторону и энергия от полости отбиралась бы. Если пустить в полость нефильтрованный пучок, то сколько молекул будет отбирать энергию от полости, столько же из них будет отдавать ей свою энергию, и в итоге ничего не случится. В настоящем мазере, конечно, не обязательно делать (μE0T/h) точно равным π/2. И при других значениях (кроме точных кратных π) существует какая-то вероятность переходов из состояния |/> в состояние |II>. Но при этих других значениях прибор уже не имеет к. п. д., равного 100%; многие из молекул, покидающие полость, могли бы снабдить ее энергией, но не сделали этого.
 
На самом деле и скорости молекул неодинаковы; они распределены по Максвеллу. Это означает, что идеальные периоды времени для разных молекул окажутся различными, и невозможно получить к. п. д., равный 100%, сразу для всех молекул. Вдобавок имеется еще одно усложнение, которое, правда, легко принять во внимание, но на этой стадии мы не будем им заниматься. Вы помните, что электрическое поле обычно меняется в полости от места к месту. Когда молекулы дрейфуют вдоль полости, электрическое поле близ молекул меняется как-то очень сложно, сложнее, чем предположенное нами обычное синусоидальное колебание. Ясно, что для точного решения задачи следовало бы воспользоваться более сложными интегрированиями, но общая идея остается прежней.

Маленькое изображениеМожно мазеры устраивать и иначе. Не отделять прибором Штерна — Герлаха атомы в состоянии |/> от атомов в состоянии |II>, а собрать атомы в какой-то полости (в газообразном или твердом виде) и как-то переселить их из состояния |//> в состояние |/>. Один такой способ применяется в так называемом трехуровневом мазере. Для него используются атомные системы с тремя уровнями энергии (фиг. 7.6) и со следующими специальными свойствами. Система поглощает излучение (скажем, свет) с энергией 1 и переходит от низшего уровня энергии ЕII к какому-то более высокому уровню Е′ а затем быстро испускает фотоны с энергией 2 переходит в состояние |/> с энергией ЕI . У состояния |/> большое время жизни, так что его населенность может возрасти; создаются условия, благоприятствующие работе мазера между состояниями |/> и |//>. Хотя такой прибор называют «трехуровневым» мазером, но сама мазерная процедура на самом деле происходит так же, как  и у описанной нами двухуровневой системы.
 
Лазер — это всего-навсего мазер, действующий на световых частотах. «Полость» лазера обычно состоит попросту из двух  зеркал,  между  которыми  генерируются  стоячие  волны.



ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:


Социальные комментарии Cackle


 
 
© All-Физика, 2009-2016
При использовании материалов сайта ссылка на www.all-fizika.com обязательна.