Законы теплового излучения Волновые свойства микрочастиц Операторы физических величин Квантовые  генераторы Электропроводимость  металлов Ядерная физика Атомное ядро Спектры излучения атомных ядер

Курс лекций по физике

Квантовые  генераторы

 В первом приборе квантовой электроники – молекулярном генераторе активной средой являлся пучок молекул аммиака NН3 , из которого с помощью сложного квадрупольного конденсатора выводились молекулы с меньшей энергией, а обогащённый возбуждёнными молекулами пучок представлял собой активную среду. В объёмном резонаторе, взаимодействуя с молекулярным пучком, вынужденное излучение частотой ν = 24840 МГц усиливалось.

 Молекулярные квантовые генераторы такого типа, работающие в СВЧ диапазоне, получили название мазеров. Они применяются в радиолокаторах,

радиотелескопах, линиях космической связи, в устройствах для измерения частоты колебаний и промежутков времени с высокой точностью.

 В 1960 г. был создан оптический квантовый генератор, получивший название  лазер.

Наблюдение интерференции с помощью билинзы Подготовка к контрольной по электротехнике

 Обычно в возбуждённом состоянии атомы находятся лишь 10-9 – 10-7 с. Однако некоторые атомы имеют возбуждённые состояния, в которых они могут находиться довольно длительное время, например,  10-3 с. Такие состояния называются метастабильными. Пружинный и физический маятники. Колебательная система в этом случае представляет собой совокупность некоторого тела и прикрепленной к нему пружины. Пружина может располагаться либо вертикально (вертикальный пружинный маятник), либо горизонтально (горизонтальный пружинный маятник).


Процесс перевода среды в инверсное состояние, необходимое для работы ОКГ, называется накачкой усиливающей среды. Практически накачка осуществляется по трёхуровневой схеме. В первом лазере, работающем по трёхуровневой схеме был генератор с рубиновым кристаллом в качестве усиливающей среды ( Al2O3 c примесью  Cr2O3 ) Активным веществом служили ионы Cr3+.

Ближайшими к основному уровню С в Cr3+ являются две широкие энергетические зоны А и двойной метастабильный уровень В.

 Интенсивное облучение рубина зелёным светом мощной импульсной лампы накачки, наполненной неоном и криптоном переводит ионы хрома на уровни зоны  А, откуда происходят безизлучательные переходы на уровни В. Избыток энергии передаётся кристаллической решётке рубина. В результате создаётся инверсная заселённость ионами хрома уровней В и оптический квантовый генератор работает на двух линиях красного света λ = 692,7 нм и λ = 694,3 нм , соответствующих переходу ионов хрома с уровней В на уровень С .

Второе начало термодинамики. Термодинамический процесс называется обратимым, если он может происходить как в прямом, так и в обратном направлении, а в окружающей среде и в системе при этом не происходит никаких изменений. Всякий процесс, не удовлетворяющий этим условиям, является необратимым.

 Лавинообразное нарастание интенсивности в активной среде означает, что такая среда действует как усилитель электромагнитных волн.

 Эффект усиления света в ОКГ увеличивается при многократном прохождении света через один и тот же слой усиливающей среды.

 Фотон, движущийся параллельно оси активной среды 1 , рождает лавину фотонов, летящих в том же направлении. Часть этой лавины (~8%) пройдёт через полупрозрачное зеркало 3 наружу, а часть (92%)  отразится и будет нарастать в активной среде. Часть лавины фотонов, дошедших до сплошного зеркала 2 , поглотится в нём, но после отражения от зеркала 2 усиленный поток фотонов будет двигаться так же, как и первоначальный затравочный фотон. Многократно усиленный поток фотонов, вышедший из ОКГ сквозь полупрозрачное зеркало  3 , создаёт пучок света большой интенсивности, остро направленный, с малым расхождением.

  Опыт показывает, что генерация света возникает только при определённой длине резонатора  ( расстоянии между зеркалами ) кратному целому числу полуволн

.

 В этом случае на выходе лазера происходит сложение амплитуд световых волн, т.е. в резонаторе образуется стоячая волна.

 Мощность светового излучения импульсного лазера (время высвечивания 10-8 – 10-10 с ) может быть более 109 Вт т.е. превышать мощность крупной электростанции.

ВОПРОСЫ  К РУБЕЖНОМУ КОНТРОЛЮ

Законы теплового излучения:

Кирхгофа;

Вина;

Стефана-Больцмана.

Квантовые свойства излучения:

Гипотеза Планка;

Формула Планка;

Вывод законов Вина и Стефана-Больцмана из формулы Планка;

Фотоэффект (законы Столетова и уравнение Эйнштейна);

Эффект Комптона;

Корпускулярно-волновой дуализм света.

Волновые свойства микрочастиц:

Гипотеза де Бройля;

Дифракция микрочастиц;

Принцип неопределённости Гейзенберга;

Задание состояния микрочастицы комплексной пси-функцией;

Плоская волна де Бройля и её свойства (преломление, интерференция, дифракция);

Статистический смусл пси-функции и условия, которым она должна удовлетворять;

Принцип суперпозиции квантовых состояний;

Уравнение Шрёдингера;

Общее;

Стационарное.

Стационарные задачи квантовой механики:

Частица в одномерной пот. яме с бесконечно высокими стенками;

Частица в трехмерной потенциальной яме… Понятие о вырожденных энергетических уровнях;

Одномерный потенциальный порог и барьер. Туннельный эффект.

Сканирующий туннельный микроскоп.

Гармонический квантовый осциллятор.

Представление физических величин операторами:

Операторы физических величин;

Гамильтониан;

Основные постулаты квантовой механики;

Вероятностный характер результатов измерений в квантовой механике.

Вычисление средних значений физических величин в квантовых системах.

Ядерная модель атома:

Постулаты Н.Бора;

Стационарное уравнение Шрёдингера для атома водорода;

Волновые функции и квантовые числа;

Правила отбора квантовых чисел;

Спектр атома водорода (серия Лаймана, серия Бальмера);

Ширина спектральных линий.

7.1 Механический и магнитный моменты атома. Опыт Штерна и Герлаха.

7.2 Орбитальный, спиновый и полный угловые моменты. Спин-орбитальное взаимодействие.

7.3 Атом во внешнем магнитном поле. Эффект Зеемана.

8. Спонтанное и индуцированное излучение. Коэффициенты «А» и «В» Эйнштейна. Активные среды с инверсной заселённостью энергетических уровней.

 ОКГ. Особенности лазерного излучения. Основные типы лазеров и их применение.

Квантовые  системы из одинаковых частиц Квантовые особенности поведения микрочастиц, отличающие их от свойств макроскопических объектов, проявляются не только при рассмотрении движения одной частицы, но и при анализе поведения системы микрочастиц. Наиболее отчётливо это видно на примере физических систем, состоящих из одинаковых частиц, – систем электронов, протонов, нейтронов и т.д.

Бозоны  и фермионы Частицы, состояния которых описываются симметричными волновыми функциями, называются бозонами. Системы, состоящие из таких частиц, подчиняются  статистике Бозе – Эйнштейна. К бозонам относятся фотоны, π- и к-мезоны, фононы в твёрдом теле, экситоны в полупроводниках и диэлектриках. Все бозоны обладают нулевым или целочисленным спином.

Квантовые  статистические распределения Особенности поведения частиц, связанные с неразличимостью тождественных частиц в квантовой механике, проявляются и в статистических свойствах систем, состоящих из одинаковых частиц. Это приводит к тому, что статистические распределения частиц в квантовой механике отличаются от статистических распределений, известных из классической физики. Кроме того, статистические свойства бозонов и фермионов в силу кардинального отличия в поведении этих частиц также оказываются различными.

Распределение  Ферми–Дирака Квантовая статистика Ферми–Дирака описывает идеальный газ из фермионов – ферми–газ.


;
На главную