Норильский Индустриальный Институт Доклад на тему: Сверхизлучение Выполнил: Принял: Норильск 1998 В середине XX века поиск мощных источников оптического и микроволнового излучения увенчался блистательным успехом - были изобретены лазеры и мазеры. Эти приборы были предложены А.М. Прохоровым, Н.Г. Басовым и Ч. Таунсом, за что им была присуждена Нобелевскя премия 1964 года. Действие этих приборов основано на глубоких принципах квантовой физики, и прежде всего на мазерном эффекте, смысл которого заключается в следующем. Представим себе объем, содержащий молекулы, которые обладают системой дискретных энергетических уровней, на которых располагаются электроны. Те электроны, которые "населяют" некоторый уровень 1 с энергией E1, могут самопроизвольно (как говорят, спонтанно) перейти н более низкий уровень 2 с энергией E2, излучив при этом фотон с частотой перехода w0 = (E1 - E2) / h , где h - постоянная Планка. Если на молекулу падает излучение, то она может поглотить фотон с той же частотой w0. При этом электрон с нижнего уровня 2 перейдет на верхний уровень 1, забрав энергию поглощенного фотона. Число поглощенных фотонов растет пропорционально числу электронов на нижнем уровне 2 (населенности этого уровня). Наряду с процессом поглощения существует указанное еще А. Эйнштейном своеобразное явление индуцированного излучения, когда окружающее молекулу излучение не поглощается, а вызывает в дополнение к спонтанным еще и вынужденные переходы электронов с верхнего уровня на нижний 1 > 2. Появляющиеся при такого рода переходах фотоны добавляются к окружающему излучению. Вероятность индуцированных процессов пропорциональна плотности энергии этого излучения, а число излученных фотонов - произведению плотности энергии излучения на населенность верхнего состояния 1. Из изложенного ясно, что происходит с системой молекул в том случае, ели имеет место "инверсия населенностей", то есть число электронов (населенность) N1 превышает населенность N2. В этом случае число поглощенных фотонов будет меньше , чем число испущенных за счет индуцированных переходов. В результате интенсивность излучения будет возрастать и быстро превысит тот довольно низкий уровень, которой может быть создан за счет сравнительно редких спонтанных переходов. Интенсивное излучение из системы с инверсией населенностей и составляет существо мазерного эффекта, именно такие системы молекул или твердые тела и составляют "сердце" мазеров и лазеров. Однако мазерный эффект - это не единственный эффект, который может реализоваться в инвертированных системах. Оказалось, что существует еще одно явление - сверхизлучение, которое также использует свойства, заложенные в таких системах. На возможность существования сверхизлучения указал Р. Дике в 1945 году [1]. Эксперементы, в которых было обнаружено это явление, начались много позже, в 1973 году [2]. Схема экспериментальной установки была очень простой (рис. 1). Полый цилиндр (кювета) был заполнен газом - фтористым водородом HF. На этот цилиндр поступало излучение (накачка) от лазера на длине волны ? = 2,5 мкм. На выходе из кюветы располагался фильтр, задерживающий импульс накачки. После него был установлен детектор, фиксирующий уровень излучения из кюветы в далеком инфракрасном диапазоне. Именно на переходах 1 - 2 в этом диапазоне создавалась инверсия населенностей в газе HF. ............