Индуцированного излучения

В противоположность этому лазерное излучение обладает высокой степенью когерентности, обусловленной двумя основными факторами: природой индуцированного испускания и наличием оптического резонатора.

На волновом языке эту картину можно описать так. Предположим, что активный центр А (рис. 12.19) испустил волновой цуг. Взаимодействуя с другим активным центром (В) , этот цуг «заставит» его высветиться, причем в соответствии с природой индуцированного испускания фаза нового цуга должна совпадать с фазой первоначального. В результате многократных повторений этого процесса возникает совокупность коррелированных по фазе цугов. -Эту совокупность можно, очевидно, рассматривать как новый волновой цуг, имеющий длительность, значительно превышающую длительность единичных цугов.. Увеличение же длительности волнового цуга означает увеличение времени когерентности, т. е. повышение -степени временной когерентности. С другой стороны, совокупность взаимно коррелированных по фазе цугов соответствует световой волне с практически плоским фронтом СС, что свидетельствует о вы-•сокой пространственной когерентности излучения.

го испускания, то излучение лазера не могло бы обладать значительной когерентностью. Поэтому необходимо иметь устройство, которое выполняло бы избирательные функции в процессах индуцированного испускания. Таким устройством является оптический резонатор, который формирует высоконаправленное излучение вдоль оптической оси на длине волны, отвечающей условию (12.31). Только это излучение способно многократно проходить через активное вещество, лавинно усиливаясь за счет стимулированных переходов. Поэтому излучение, выходящее из лазера, обладает высокой степенью когерентности.

Предлагаемая вниманию читателей книга является, по-видимому, одной из первых попыток восполнить в какой-то мере отмеченный пробел. В ней излагаются теоретические основы радиационного и сложного теплообмена и рассматриваются методы экспериментального исследования этих процессов. При этом теория радиационного теплообмена рассматривается исходя из более общего построения, а именно с учетом анизотропии объемного и поверхностного рассеяния, селективного характера излучения, индуцированного испускания и при произвольных конфигурациях излучающих систем.

веществом спонтанно, способствует быстрейшему переходу с одного соответствующего энергетического уровня на другой. В результате этого воздействия распространяющихся в среде фотонов на возбужденные частицы вещества происходит испускание точно таких же фотонов той же частоты и того же направления, что и первичные фотоны. Это явление носит название индуцированного испускания, которое в последнее время привлекает к себе внимание, так как лежит в основе устройств новой техники (лазеров и мазеров). В количественном отношении индуцированное испускание пропорционально количеству возбужденных частиц (т. е. величине спонтанного испускания) и интенсивности внешнего электромагнитного поля соответствующей частоты.

Сумма спонтанного и .индуцированного испускания определяет полное количество испускаемой веществом электромагнитной энергии и называется собственным излучением.

Как упоминалось выше, собственное излучение элементарного объема среды складывается из спонтанного и индуцированного испускания. Спектральная ?]соб_„

где TC v и т)и v, /c и /и — соответственно спектральные объемные плотности и спектральные коэффициенты спонтанного и индуцированного испускания.

Как следует из (1-118), собственное излучение среды складывается из спонтанного и индуцированного испускания, в связи с чем (2-69) можно представить следующим образом:

где гс v и т] — соответственно спектральные объемные плотности спонтанного и индуцированного испускания.

В ч. 3 проведен анализ всех трех разновидностей сложного теплообмена. Вначале рассматриваются теоретические основы сложного теплообмена для общего случая, когда происходят радиационный, конвективный и кондуктивный переносы энергии. Проведен анализ уравнений и условий подобия процессов сложного теплообмена с учетом анизотропии объемного и поверхностного рассеяния, селективности излучения и индуцированного испускания для произвольных геометрических конфигураций исследуемых систем.

Таким образом, введение В.Н. Бовенко [15] представлений о микроскопических квантовых автовозбудителях, являющихся носителями индуцированного излучения при микроразрушениях и иерархической последовательности самоорганизующихся структур, подчиняющейся функции самоподобия, введенной B.C. Ивановой [11], позволяет с единых позиций построить методологическую и метрологическую основу для накопления банка данных о подобии

науки и техники, охватывающая изучение и разработку методов и средств генераций, усиления и преобразования частоты электромагн. колебаний радио- и оптич. диапазонов на основе использования явления индуцированного излучения или нелинейного взаимодействия излучения с в-вом. К приборам и устройствам К.э. относятся молекулярные генераторы, квантовые усилители, лазеры, квантовые стандарты частоты, лазерные гироскопы, квантовые магнитометры и др.

КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР - ИСТОЧНИК когерентного электромагнитного излучения (оптич. или радиодиапазона), в к-ром используется явление индуцированного излучения возбуж-дённыхатомов, молекул, ионов и т.д. Состоит из квантового усилителя и системы положит, обратной связи. В качестве рабочего в-ва (активной среды) в К.г. используют газы, жидкости, твёрдые диэлектрики и ПП кристаллы. Возбуждение активной среды осуществляется сильным элек-трич. полем, светом от внеш. источника, электронными пучками и т.д. Излучение К.г., помимо высокой монохроматичности и когерентности, обладает узкой направленностью и значит, мощностью (см. Лазер, Мазер, Молекулярный генератор). Важная особенность К.г. - чрезвычайно высокая стабильность частоты генерации, вследствие чего они используются как квантовые стандарты частоты.

во для усиления электромагн. волн СВЧ или оптич. диапазона, действие к-рого осн. на явлении индуцированного излучения возбуждённых атомов, молекул, ионов и т.д. В К.у. усиливаемая (первичная) электромагн. волна, проходя через активную среду, в к-рой создана инверсия на-селённостей, вызывает вынужд. испускание квантов излучения. Осн. достоинство К.у. - чрезвычайно низкий уровень собств. шумов (см. Шумы электрические) и вследствие этого необычайно высокая чувствительность. К.у. СВЧ диапазона широко применяются в системах дальней связи, радиоастрономии и радиолокации; оптические К.у., или лазерные усилители, - в выходных каскадах мощных лазеров. См. также Парамагнитный усилитель.

tion - усиление света вынужденным излучением), оптический квантовый генератор, - источник когерентного оптич. излучения, действие к-рого основано на использовании индуцированного излучения света системой возбуждённых атомов, ионов, молекул или др. частиц в-ва (активной средой), помещённой в оптический резонатор. Под действием внеш. излучения (определённой частоты) активная среда способна совершать вынужденные квантовые

МАЗЕР (от нач. букв англ. слов Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation - усиление микроволн с помощью индуцированного излучения) - общее назв. квантового генератора и квантового усилителя СВЧ диапазона. К М. относят, в частности, молекулярные генераторы, парамагн. квантовые усилители. Используются, напр., в космич. связи, в физ. исследованиях, а также как квантовые стандарты частоты. МАЗЕРЫ НА ЦИКЛОТРОННОМ РЕЗОНАНСЕ (МЦР) - электровакуумные СВЧ приборы, работа к-рых осн. на взаимодействии потока электронов, движущихся в пост. магн. поле по винтовым траекториям, с ВЧ полями резонаторов или волноводов на частотах, близких к циклотронной частоте электронов или её гармоник. Предназначены для усиления и генерирования когерентных электромагн. колебаний в осн. в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн. Из МЦР практически используется лишь генератор, получивший назв. гиротрон. Его выходная мощность в миллиметровом диапазоне длин волн св. 1 МВт в импульсном режиме и св. 200 кВт в непрерывном; электронный кпд достигает 60%. Гиро-троны применяются в установках для

СПОНТАННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ (от лат. spontaneus - произвольный, добровольный) - самопроизвольное испускание электромагнитных волн атомами, молекулами и др. квантовыми системами, находящимися в возбуждённом состоянии. В отличие от индуцированного излучения, С. и. не зависит от внешних воздействий и определяется только св-вами самой системы. При С.и. волны излучаются разными частицами вещества (тела) независимо друг от друга. Эти волны некогерентны (см. Когерентные колебания) и при наложении не интерферируют (см. Интерференция волн).

вая радиофизика, — область физики, изучающая проблемы генерации, усиления и преобразования частоты электромагнитных волн радио- и оптич. диапазонов на основе использования явления индуцированного излучения. См. Квантовый генератор, Квантовый усилитель, Лазер, Мазер, Молекулярный генератор.

КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР — источник моно-хроматич. когерентного электромагнитного излучения (оптич. или радиодиапазона), в котором используется явление индуцированного излучения возбуждённых атомов, молекул, ионов и т. д. В качестве рабочего вещества в К. г. используют газы, кристаллич. или аморфные диэлектрики и ПП кристаллы. Возбуждение рабочего вещества, т. е. подача энергии, необходимой для работы К. г., осуществляется сильным электрич. полем, светом от внеш. источника, электронными пучками и т. д. Излучение К. г., помимо высокой монохроматичности и когерентности, обладает узкой направленностью и значит, мощностью. См. также Лазер, Мазер.

КВАНТОВЫЙ УСИЛИТЕЛЬ — устройство, действие к-рого основано на явлении индуцированного излучения вещества, находящегося в возбуждённом состоянии, т. е. в неравновесном состоянии с повыш. энергией. В К. у. электромагнитная волна, проходя через вещество, увеличивает свою энергию за счёт энергии атомов вещества. При этом волна сохраняет первонач. частоту, направление распространения и поляризацию (см. Поляризация волн), оставаясь когерентной (см. Когерентные колебания) с первичной волной, падающей на вход К. у. В К. у. радиоволн СВЧ диапазона в качестве рабочего вещества используют диамагнитные кри-

ЛАЗЕР (англ, laser, составленное из первых букв Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,— усиление света с помощью индуцированного излучения), оптический квантовый генератор (ОКГ),— прибор, в к-ром осуществляется генерация монохроматич. электро-