Спосіб уніфікованої трансформації довжин хвиль

Спосіб уніфікованої трансформації довжин світлових хвиль на базі інформаційно 3 33048 4 Зіткнення кванта, що володіє енергією hv12, з На Фіг.1 представлено діаграму рівнів способу атомом, що знаходиться у збудженому стані, стиуніфікованої трансформації довжин хвиль, що помулює миттєвий перехід атома в основний стан з яснює процеси поглинання, спонтанного і вимушевипуском кванта з енергією hv12 і фазою, що відного випромінювання. повідає фазі падаючого випромінювання. Цей На Фіг.2 представлено схему пристрою для процес називається стимульованим випромінюреалізації способу уніфікованої трансформації ванням і використовується в лазерних діодах. довжин хвиль. Якщо, наприклад, розглянути детальніше проУніфікована система трансформації довжин цеси вимушеного випромінювання, то бачимо, що хвиль (Фіг.2) містить джерело вхідного космічного атом, який знаходиться в електромагнітному полі випромінювання 1, відбиваючі дзеркала 2, активна збудженому енергетичному рівні, може з дений спектральний перетворювач 3, підсилювач якою вірогідністю перейти під дією поля в низький випромінювання 4 та об'єднувач випромінювання стан. Електромагнітне поле як би “звалює” атом із 5. збудженого рівня вниз, на основний або менш Спосіб уніфікованої трансформації довжин збуджений рівень. Такий перехід супроводжується хвиль здійснюється наступним чином: джерело вимушеним (індукованим, стимульованим) випровхідного космічного випромінювання 1 попадає на мінюванням речовини, викликаною дією на нього активний спектральний перетворювач 3, в якому електромагнітної хвилі. відбувається заселення верхніх атомних рівнів та Явище вимушеного випромінювання з погляду інверсне заселення відносно нижче розміщення хвильової оптики означає, що при проходженні енергетичних рівнів, а отже і саме перетворення, електромагнітної хвилі крізь речовину її інтенсивпотім направляють через підсилювач випромінюність збільшується, тобто відбувається негативне вання 4 та виходити через об'єднувач випромінюпоглинання світла (негативна абсорбція світла). вання 5. При цьому зберігаються незмінними частота хвилі, Крім того, спектральна трансформація відбунапрям її розповсюдження і поляризація. вається у широкому діапазоні природних явищ та З квантової точки зору когерентність вимушевирішуваних задач. Ми спостерігаємо за спектраного випромінювання означає, що новий фотон, льною трансформацією під час так званого “парщо з'явився в результаті акту вимушеного випроникового” ефекту. У промислових задачах спектмінювання, нічим не відрізняється від фотона, що ральна трансформація відбувається у приладах викликав його появу. Новий фотон, що з'явився в нічного бачення, у охоронних системах та ін. результаті індукованого випромінювання, посилює Як відомо із квантової теорії випромінювання світло, що проходить в середовищі. Процес вимуводнеподібних атомів та атомів лужних металів, шеного випромінювання приводить до появи запроцес переходу середовища в інверсний стан мість одного фотона з енергією hv12 двох таких же називається накачуванням підсилюючого середофотонів. вища. Цей процес можна розглянути на прикладі Проте, окрім індукованого випромінювання, роботи напівпровідникового лазерного діода, який може відбуватися поглинання світла. В результаті пов'язаний з трьома основними процесами, обупоглинання фотона атомами, що знаходяться на мовленими переходами носіїв: поглинанням, споненергетичному рівні Е1 фотон зникає, і атоми петанною емісією і стимулюючим випромінюванням. реходять на енергетичний рівень Е2. Цей процес При розгляданні двох енергетичних рівнів Е1 і зменшує інтенсивність світла, що проходить крізь Е2, один з яких Е1 характеризує основний (стаціоречовину. нарний), а інший Е2 – збуджений стан атома, Поглинання світла в речовині відбувається (Фіг.1). Будь-який перехід носіїв між цими рівнями відповідно до закону Бугера-Ламберта: супроводжується випусканням або поглинанням кванта з частотою v12, визначуваною із співвідноJ(x)=J 0exp(-ax) шення: де a>0 - коефіцієнт поглинання, hv12= Е2-Е1, x - товщина поглинаючого шару, де h - стала Планка. J0 - інтенсивність світла, що проходить в реПри звичайних температурах більшість атомів човину, знаходиться в основному стані. Ця ситуація поруJ(x) - інтенсивність світла, що пройшло крізь шується в результаті дії на систему кванта з енершар товщиною х. гією, рівною hv12. Атом в стані Е1 поглинає квант і Для середовища з негативним поглинанням переходить в збуджений стан Е2. Це і складає світла справедливий закон Бугера-Ламбертапроцес поглинання випромінювання. Фабриканта Збуджений стан є нестабільним, і через коротJ(x)=J 0exp(|a|x) кий проміжок часу без якої-небудь зовнішньої дії де |a|>0 - позитивна величина, відповідна не атом переходить в основний стан, випускаючи ослабленню, а посиленню світла, що проходить квант з енергією hv12. Цей процес називається через активне середовище (пропорційна різниці спонтанною емісією (Фіг.1). Час життя, пов'язаний між числом актів поглинання і вимушеного випроіз спонтанною емісією (тобто середній час збуджемінювання). ного стану) може змінюватися в широкому діапаІнтенсивність світла при цьому круто зростає із зоні від 10-9 до 10-3с, залежно від параметрів назбільшенням товщини шару середовища. Іншими півпровідника. Спонтанне випромінювання словами, коефіцієнт поглинання а для активного, використовується в світлодіодах. підсилюючого середовища є негативною величиною. 5 Комп’ютерна верстка В. Мацело 33048 6 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601