Spontan emission

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 17 mars 2020; kontroller kräver 2 redigeringar .

Spontan emission , eller spontan emission , är processen för spontan emission av elektromagnetisk strålning från kvantsystem ( atomer , molekyler ) under deras övergång från ett exciterat tillstånd till ett stabilt.

Albert Einsteins fenomenologiska definition

Frekvensen av spontan elektromagnetisk strålning bestäms av skillnaden mellan energierna i systemets i- och k -nivåer: $\nu _{ik}$

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

Om befolkningen i energinivån är , då är kraften för spontan emission: $E_{i}$ $N_{i}$

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

var är sannolikheten för övergång från i -:e nivån till k - th. $A_{{ik}}$

Total sannolikhet för spontan emission:

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

Oscillatorstyrka :

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

Är graden av spontan avslappning konstant?

Fenomenologiskt introducerad av Einstein har hastigheten för spontan avslappning länge ansetts vara en inneboende inneboende egenskap hos atomer (molekyler). I termodynamisk jämvikt med miljön är en av de viktigaste egenskaperna hos denna egenskap dess irreversibilitet. Denna funktion beror på interaktionen av en atom (molekyl) med ett oändligt antal vakuumtillståndslägen . En förändring av antalet lägen leder till en förändring i graden av spontan avslappning. För att uppnå detta kan man sätta en atom i en resonator [1] .

Betrakta en en-elektron atom, som har två energinivåer och , åtskilda av . Rot-medelkvadrat-amplituden för det elektriska vakuumfältet är , där är mediets känslighet, är volymen av rymden där strålning fortplantar sig. Energin som emitteras i ett läge är , här är matriselementet för den elektriska dipolen. Denna frekvens kallas vakuum Rabi-frekvensen. $e$ $f$ $E_{e}-E_{f}=\hbar \omega$ ${\displaystyle E_{vac))$ $[\hbar \omega /{2}\varepsilon _{0}V]^{1/2}$ $\varepsilon _{0}$ $V$ $\Omega _{ef}=D_{ef}E_{vac}/\hbar$ $D_{ef}$

Sannolikheten att sända ut en foton, känd som Einstein-koefficienten, är lika med ${\displaystyle \Gamma _{0))$ $A$

$\Gamma =2\pi \Omega _{ef}^{2}{\frac {\rho _{0}(\omega )}{3))={\frac {\omega ^{3)) {3\pi \hbar c^{3}}}{\frac {|D_{ef}|^{2}}{\epsilon _{0}}}$ här är antalet lägen i ett enhetsfrekvensintervall (moddensitet). $\rho (\omega )$

Sannolikheten att hitta en atom i ett exciterat tillstånd vid tidpunkten efter dess excitation till nivån är lika med . $\tau$ $e$ $P(\tau )=exp(-\Gamma _{0}\tau )$

Orsak till spontan emission

Processen för spontan emission kan inte förklaras utifrån den ursprungliga versionen av kvantmekaniken, där kvantiseringen av atomens energinivåer ägde rum, men det fanns ingen kvantisering av det elektromagnetiska fältet. Exciterade tillstånd av atomer är exakta stationära lösningar av Schrödinger-ekvationen . Således måste atomerna förbli i det exciterade tillståndet på obestämd tid. Anledningen till spontan emission är interaktionen av en atom med nollsvängningar av det elektromagnetiska fältet i vakuum. Atomens tillstånd upphör att vara stationära som ett resultat av påverkan av nollpunktsvibrationskomponenten med en frekvens som är lika med frekvensen för det emitterade kvantumet [2] .

Se även

Stimulerad emission

Anteckningar

↑ Serge, KLleppner, 1989 .
↑ A. B. Migdal , V. P. Krainov. Kapitel 1. Dimensions- och modelluppskattningar. 4. Uppskattningar i kvantelektrodynamik. Nollsvängningar i det elektromagnetiska fältet // Ungefärliga kvantmekaniska metoder. - Moskva: Nauka, 1966. - S. 47-50.

Litteratur

Spontan emission - Encyclopedia of Physics artikel
Serge Haroche och Daniel KLleppner. Kavitets kvantelektrodynamik. - Physics Today, 1989. - S. 24.