Spontán emisszió

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. március 17-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 2 szerkesztést igényelnek .

A spontán emisszió vagy spontán emisszió az elektromágneses sugárzás spontán kibocsátásának folyamata kvantumrendszerek ( atomok , molekulák ) által gerjesztett állapotból stabil állapotba való átmenet során.

Albert Einstein fenomenológiai definíciója

A spontán elektromágneses sugárzás frekvenciáját a rendszer i - edik és k - edik szintjének energiáinak különbsége határozza meg : $\nu _{ik}$

E_{i}-E_{k}=h\nu _{ik}.

Ha az energiaszint populációja , akkor a spontán emisszió ereje: $E_{i}$ $N_{i}$

I=N_{i}\cdot A_{ik}\cdot h\nu _{ik},

ahol az i -edik szintről a k -edikre való átmenet valószínűsége . $A_{{ik}}$

A spontán emisszió teljes valószínűsége:

A_{i}=\sum _{k}A_{ik}.

Oszcillátor erőssége :

f_{ik}={\frac {A_{ik}}{A_{i}}}

A spontán relaxáció sebessége állandó?

Fenomenológiailag Einstein vezette be, a spontán relaxáció sebességét régóta az atomok (molekulák) belső tulajdonságának tekintik. A környezettel való termodinamikai egyensúlyban ennek a tulajdonságnak az egyik legfontosabb jellemzője az irreverzibilitása. Ez a tulajdonság egy atom (molekula) és végtelen számú vákuumállapot-módus közötti kölcsönhatásnak köszönhető . A módok számának változása a spontán relaxáció sebességének változásához vezet. Ennek eléréséhez atomot helyezhet egy rezonátorba [1] .

Tekintsünk egy egyelektronos atomot, amelynek két energiaszintje van és , elválasztva egymástól . Az elektromos vákuumtér négyzetes amplitúdója , ahol a közeg szuszceptibilitása, az a tértérfogat , amelyben a sugárzás terjed. Az egyik üzemmódban kibocsátott energia , itt az elektromos dipólus mátrixeleme. Ezt a frekvenciát vákuum Rabi frekvenciának nevezik. $e$ $f$ $E_{e}-E_{f}=\hbar \omega$ ${\displaystyle E_{vac))$ $[\hbar \omega /{2}\varepsilon _{0}V]^{1/2}$ $\varepsilon _{0}$ $V$ $\Omega _{ef}=D_{ef}E_{vac}/\hbar$ $D_{ef}$

A foton kibocsátásának valószínűsége , az úgynevezett Einstein-együttható, egyenlő ${\displaystyle \Gamma _{0))$ $A$

$\Gamma =2\pi \Omega _{ef}^{2}{\frac {\rho _{0}(\omega )}{3))={\frac {\omega ^{3)) {3\pi \hbar c^{3}}}{\frac {|D_{ef}|^{2}}{\epsilon _{0}}}$ itt az üzemmódok száma egységnyi frekvenciaintervallumban (módsűrűség). $\rho (\omega )$

Annak a valószínűsége, hogy egy atomot gerjesztett állapotban találunk a szintig való gerjesztése utáni időpontban, egyenlő . $\tau$ $e$ $P(\tau )=exp(-\Gamma _{0}\tau )$

A spontán emisszió oka

A spontán emisszió folyamata nem magyarázható a kvantummechanika eredeti változata szempontjából, ahol az atom energiaszintjének kvantálása megtörtént, de az elektromágneses tér kvantálása nem történt meg. Az atomok gerjesztett állapotai a Schrödinger-egyenlet pontos stacionárius megoldásai . Így az atomoknak korlátlan ideig gerjesztett állapotban kell maradniuk. A spontán emisszió oka egy atom kölcsönhatása az elektromágneses tér nulla rezgéseivel vákuumban. Az atom állapotai a kibocsátott kvantum frekvenciájával megegyező frekvenciájú nullponti rezgéskomponens becsapódása következtében megszűnnek stacionáriusnak lenni [2] .

Lásd még

Stimulált emisszió

Jegyzetek

↑ Serge, KLleppner, 1989 .
↑ A. B. Migdal , V. P. Krainov. 1. fejezet Dimenzió- és modellbecslések. 4. Becslések a kvantum elektrodinamikában. Az elektromágneses mező nulla rezgései // A kvantummechanika közelítő módszerei. - Moszkva: Nauka, 1966. - S. 47-50.

Irodalom

Spontán emisszió - Encyclopedia of Physics cikk
Serge Haroche és Daniel KLleppner. Üreges kvantumelektrodinamika. - Fizika ma, 1989. - S. 24.