الانبعاث المحفز والكسب البصري
يتيح الانبعاث المحفز لفوتون واحد أن يحفز ذرة مثارة لإصدار فوتون مطابق، ويحول الوسط ذو الانقلاب السكاني هذا إلى كسب بصري صافٍ.
Definition
العملية التي يحفز بها فوتون ساقط ذرة مثارة لإصدار فوتون ثانٍ مطابق، والتضخيم الصافي الناتج للضوء، أو الكسب البصري، الذي يتحقق عندما تشغل ذرات أكثر المستوى العلوي مقارنة بالمستوى السفلي.
Scope
يغطي هذا الموضوع الأساس المجهري لعمل الليزر. ويشمل العمليات الإشعاعية الثلاث: الامتصاص، والانبعاث التلقائي، والانبعاث المحفز، المرتبطة بمعاملات أينشتاين؛ ومتطلب الانقلاب السكاني للتضخيم الصافي ولماذا لا يمكن أن يحدث في التوازن الحراري؛ ومعامل الكسب واعتماده على الانقلاب، والمقطع العرضي، وشكل الخط؛ وتشبع الكسب عند الشدة العالية؛ ومخططات الضخ، ولا سيما أنظمة المستويات الثلاثة والأربعة، المستخدمة لإنشاء الانقلاب والحفاظ عليه. ويوضح كيف يقوم الوسط بتضخيم الضوء بشكل متماسك.
Core questions
- كيف يرتبط الامتصاص والانبعاث التلقائي والانبعاث المحفز ببعضها البعض؟
- لماذا يعتبر الانقلاب السكاني ضروريًا للكسب البصري؟
- ما الذي يحدد مقدار معامل الكسب؟
- كيف تعمل مخططات الضخ على إنشاء الانقلاب السكاني والحفاظ عليه؟
Key concepts
- الامتصاص
- الانبعاث التلقائي
- الانبعاث المحفز
- معاملات أينشتاين
- الانقلاب السكاني
- معامل الكسب
- تشبع الكسب
- الضخ ثلاثي ورباعي المستويات
Key theories
- معاملات أينشتاين A و B
- أظهر أينشتاين في عام 1917 أن معدلات الانبعاث التلقائي، والانبعاث المحفز، والامتصاص مرتبطة بنسب ثابتة؛ ويتبع وجود الانبعاث المحفز من اشتراط الاتساق مع الإشعاع الحراري.
- الانقلاب السكاني وتشبع الكسب
- يتطلب التضخيم الصافي وجود ذرات أكثر في المستوى العلوي مقارنة بالمستوى السفلي، ولا يمكن تحقيق ذلك إلا عن طريق الضخ؛ ومع زيادة الشدة البصرية، فإنها تستنفد الانقلاب، مما يؤدي إلى تشبع الكسب واستقرار خرج الليزر.
Clinical relevance
الكسب البصري هو أساس كل ليزر طبي، ونفس فيزياء الانبعاث المحفز، المستنفدة عمدًا، تكمن وراء مجهرية الاستنفاد بالانبعاث المحفز (STED) فائقة الدقة المستخدمة في الأبحاث الطبية الحيوية.
History
قدمت ورقة أينشتاين عام 1917 حول النظرية الكمومية للإشعاع الانبعاث المحفز والمعاملات التي تحمل اسمه. وقد تحولت الفكرة إلى جهاز في الخمسينيات عندما أدرك تاونز، وبشكل مستقل، باسوف وبروخوروف التضخيم بالانبعاث المحفز للموجات الدقيقة، وهو عمل حاز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1964.
Key figures
- Albert Einstein
- Charles H. Townes
- Nikolay Basov
- Aleksandr Prokhorov
Related topics
Seminal works
- salehteich2019
- svelto2010
Frequently asked questions
- لماذا لا تستطيع المادة العادية في حالة التوازن تضخيم الضوء؟
- في التوازن الحراري، تشغل ذرات أكثر المستويات الدنيا للطاقة مقارنة بالمستويات العليا، لذا يفوق الامتصاص الانبعاث المحفز ويتم إضعاف الضوء؛ ويتطلب التضخيم انقلابًا سكانيًا غير متوازن ينتج عن طريق الضخ.
- ما الذي يميز الفوتون المحفز؟
- يتطابق الفوتون المنبعث بالانبعاث المحفز مع الفوتون المحفز في التردد، والاتجاه، والطور، والاستقطاب، وهذا هو السبب في أن الضوء المضخم يكون متماسكًا.