Оптика - Годжаев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
которого (около 1/3) приходится на две интенсивные линии в желтой области
с длинами = 5890 А и ^ = 5896 А.
Люминесцентные лампы. Известно, что при тепловом излучении энергия
испускается в широкой области спектра и на видимую (полезную) область
приходится весьма малая доля. Это свойство теплового излучения не
позволяет увеличить к. п. д. ламп накаливания (тепловых источников света)
выше 5%, а светоотдачу больше 10-12 лм/Вт. Поэтому возникла необходимость
получить источники света с составом излучения, близким к дневному свету,
с большей
377
по сравнению с тепловым источником светоотдачей и коэффициентом полезного
действия.
С этой целью была использована идея, высказанная впервые С. И. Вавиловым
еще в 1920 г. По идее Вавилова, с помощью люминесценции можно превратить
ультрафиолетовое излучение газосветных ламп в дневной свет. С этой целью
на внутреннюю поверхность баллона газосветных ламп наносят слой
флуоресцирующего под действием коротковолнового излучения вещества
(люминор). Люминор можно подобрать так, чтобы его излучение по
спектральному составу соответствовало дневному излучению. По составу
излучения различают четыре типа люминесцентных ламп: дневного света,
холодно-белого света, белого света и тепло-белого.
' Распределение энергии в спектрах названных люминесцентных источников
света приблизительно соответствует распределению в тепловых источниках с
температурами соответственно дневного света - 6800 К, холодно-белого
света - 3000 К.
§ 3. ОПТИЧЕСКИЙ КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР (ЛАЗЕР)
Оптические квантовые генераторы (ОКГ) или лазеры * являются качественно
новыми источниками света, обладающими рядом важных свойств.
Прежде чем ознакомиться с устройством и принципом действия лазера,
рассмотрим некоторые вопросы взаимодействия света с веществом.
Закон Бугера - Ламберта. Пусть плоская монохроматическая световая волна с
интенсивностью /0 и частотой v падает на слой однородного вещества (рис.
17.1). При прохождении потока света
через слой толщиной dx, площадью поперечного сечения, равной единице,
ослабление интенсивности будет пропорционально интенсивности падающего
света на поверхность слоя и его тол-./ щине:
dl = - aldx, (17.1)
т г гч- 1 .
1 1 1 1 1 йх\
t *
1 1 1 1 -|-
Рис. 17.1
где а - линейный коэффициент поглощения вещества. Интегрируя (17.1) от
нуля до /, получаем
1 (17.2)
// = /0е
а I
где It - интенсивность вышедшего из слоя толщиной I света. Формула (17.2)
есть закон Бугера - Ламберта.
* Слово "лазер" составлено из начальных букв английского выражения "light
amplification by stimulated emission of radiation", означающего "усиление
света с помощью излучения". Как увидим в дальнейшем, принцип действия
лазеров основан на квантовых свойствах (дискретность энергетических
уровней) атомов. Происхождение названия "квантовый генератор" связано
именно с этим обстоятельством.
378
Рис. 17.2
Как следует из (17.2), при положительном коэффициенте поглощения fa ~> 01
прохождение света через среду приводит к ослаб-лению интенсивности. В
классической линейной оптике Rcerna а~>0 ит глрттгтатадьпп, всоггти
нябтппдяетгя поглощение света.
Зависимость / от х при а > 0, согласно формуле (17.2), приведена на рис.
17.2. Там же дана аналогичная зависимость при а = 0 и а <0. Из этой
зависимости вытекает весьма любопытный факт: для а <^0 при прохождении
светового потока через-срелу
ПрСШРYПДЫДП¦ Бы его. уГИ.ПРНИР Т Р ло-
глощение отрицательно. Существует ли отрицательное поглощение в реальных
средах? Оказывается,.реализовать такое поглощение можно.
Отрицательное поглощение. В 1939 г. впервые В. А. Фабрикантом была
сформулирована возможность создания сред с отрицательным коэффициентом
поглощения, Анализируя особенности среды с отрицательным поглощением, В.
А. Фабрикант предложил * принцип усиления
света. Идея В. А. Фабриканта была подчеркнута в авторской заявке в 1951
г.** Реализация аналогичной идеи применительно к радиочастотной области
спектра связана с работами Н. Г. Басова и А. И. Прохорова *** и Ч.
Таунса.
Выясним условия, при которых коэффициент поглощения среды становится
отрицательным. Будем рассматривать идеализированный случай: будем
полагать, что энергетические уровни атомов предста-вдяьог- собой_лиЕищ_
Это означает, что щ каждом состоянии атом
обладает определенной энергией и при ( оптических переходах между ними
излу-
щ чается или поглощается строго монохро-
' матический свет. В действительности это
не так. Энергетические уровни атомов не являются линиями (рис. 17.3), а
об-I ладают шириной ДЕг и АЕ2. В этом
(4?/ случае, согласно условию частот Бора,
излучение атома при переходе из одного состояния в другое происходит не
при одной частоте, а д некоторой области частоТ-Av* определяемой шириной
энергетических уровней, между которыми осуществляются переходы. Сделав
вышеуказанное предположение, будем считать, что рассмотренный атом может
находиться в энергетических состоя-
