Номер 3, страница 203 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

3. Какие характеристики имеет индуцированное излучение?

3. Какие характеристики имеет индуцированное излучение?

Индуцированное (или вынужденное) излучение — это квантово-механический процесс испускания фотона возбужденным атомом (или другой квантовой системой) под воздействием внешнего фотона. Этот процесс лежит в основе работы лазеров и мазеров.

Когда атом находится в возбужденном состоянии с энергией $E_2$, он может самопроизвольно (спонтанно) перейти на более низкий энергетический уровень $E_1$, излучив фотон. Однако если вблизи этого возбужденного атома пролетает фотон, энергия которого $h\nu$ в точности равна разности энергий уровней ($h\nu = E_2 - E_1$), то этот фотон может стимулировать (вынудить) атом перейти на нижний уровень $E_1$ с испусканием второго фотона.

Ключевая особенность индуцированного излучения заключается в том, что новорожденный фотон является точной копией фотона, который вызвал его появление. Он обладает следующими характеристиками:

• Та же частота и энергия: Испущенный (вторичный) фотон имеет точно такую же частоту $\nu$ и, следовательно, ту же энергию $E=h\nu$, что и стимулирующий (первичный) фотон. Это свойство обеспечивает высокую монохроматичность лазерного излучения.
• То же направление распространения: Вторичный фотон летит строго в том же направлении, что и первичный. Это приводит к формированию узконаправленного пучка света.
• Та же фаза: Колебания электромагнитного поля вторичного фотона совпадают по фазе с колебаниями поля первичного фотона. Это свойство называется когерентностью. Все фотоны в пучке колеблются синхронно, что позволяет достигать огромной интенсивности излучения.
• Та же поляризация: Вторичный фотон имеет ту же поляризацию, что и первичный.

В результате одного акта индуцированного излучения из одного фотона получается два абсолютно идентичных. Если в среде много возбужденных атомов (такая среда называется активной), этот процесс повторяется лавинообразно, приводя к усилению света. Это явление и есть "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" (Усиление Света с помощью Вынужденного Излучения), или LASER.

Ответ: Индуцированное излучение характеризуется тем, что испущенный фотон является точной копией фотона, вызвавшего излучение. Это означает, что он имеет ту же частоту (энергию), то же направление распространения, ту же фазу (когерентен) и ту же поляризацию.