Номер 2, страница 139 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

2. Какое условие необходимо для возникновения вынужденного излучения? Какое излучение называется индуцированным?

Какое условие необходимо для возникновения вынужденного излучения?

Основным и необходимым условием для возникновения вынужденного (индуцированного) излучения, которое будет преобладать над поглощением, является создание в веществе инверсной населённости энергетических уровней. В состоянии термодинамического равновесия большинство атомов находится на нижних энергетических уровнях (в основном состоянии с энергией $E_1$). Число атомов $N_1$ на нижнем уровне всегда больше числа атомов $N_2$ на любом из возбужденных уровней с энергией $E_2$, то есть выполняется условие $N_1 > N_2$. В такой системе падающий фотон с энергией, равной разности уровней $\Delta E = E_2 - E_1$, будет с большей вероятностью поглощен, чем вызовет вынужденное излучение.

Для того чтобы вынужденное излучение преобладало, необходимо создать неравновесное состояние, в котором число атомов на возбужденном уровне $E_2$ будет больше, чем на нижнем уровне $E_1$. Это состояние и называется инверсной населённостью: $N_2 > N_1$. Такое состояние достигается с помощью различных методов «накачки» — подвода энергии к активной среде (например, оптической, электрической, химической). Когда инверсия населенности достигнута, пролетающий через среду фотон с энергией $\Delta E$ с высокой вероятностью вызовет вынужденное испускание нового, точно такого же фотона, что приведет к усилению света.

Ответ: Для возникновения вынужденного излучения необходимо создать состояние инверсной населённости, при котором число частиц (атомов, молекул) на верхнем, возбужденном энергетическом уровне превышает их число на нижнем уровне.

Какое излучение называется индуцированным?

Индуцированным излучением (синонимы — вынужденное или стимулированное излучение) называют процесс испускания фотона возбуждённым атомом (или другой квантовой системой) под воздействием другого, внешнего фотона. Этот процесс происходит, когда на атом, находящийся в возбужденном состоянии с энергией $E_2$, падает фотон, энергия которого $h\nu$ в точности равна разности энергий между возбужденным и некоторым нижним уровнем $E_1$: $h\nu = E_2 - E_1$. В результате такого взаимодействия атом переходит на нижний энергетический уровень $E_1$, а избыток энергии излучается в виде нового фотона.

Ключевой особенностью индуцированного излучения является то, что испущенный фотон является точной копией того фотона, который вызвал излучение. Он имеет ту же энергию, фазу, поляризацию и направление распространения. Это свойство когерентности лежит в основе работы лазеров. В отличие от индуцированного, спонтанное излучение происходит самопроизвольно, без внешнего воздействия, и испущенные фотоны имеют случайные направления и фазы.

Ответ: Индуцированным (или вынужденным) называется излучение, которое возникает, когда возбужденный атом испускает фотон под воздействием внешнего фотона, энергия которого равна разности энергий уровней атома. Испущенный фотон является точной когерентной копией фотона, вызвавшего излучение.