§ 22. ОПТИЧЕСКИЕ КВАНТОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Спонтанное и вынужденное (индуцированное) излучение.

Излучение, испускаемое при самопроизвольном переходе атома из одного состояния в другое, называют спонтанным излучением. Спонтанное излучение различных атомов происходит некогерентно, так как каждый атом начинает и заканчивает излучение независимо от других.

В 1916 г. А. Эйнштейн предсказал, что переход электрона в атоме с верхнего энергетического уровня на нижний и сопровождающее этот акт излучение могут происходить не только самопроизвольно. Под влиянием внешнего электромагнитного поля возбужденный атом может преждевременно освободиться от избытка энергии путем излучения фотона. Такое излучение называют вынужденным или индуцированным.

Вероятность индуцированного излучения резко возрастает при совпадении частоты электромагнитного поля с собственной частотой излучения возбужденного атома.

Таким образом, в результате взаимодействия возбужденного атома, готового испустить фотон с фотоном получаются два совершенно одинаковых по энергии и направлению движения фотона-близнеца (рис. 101). Пролетающий фотон как бы «стряхивает» с возбужденного атома подобный себе фотон, не затрачивая на это энергии. С точки зрения волновой теории атом излучает электромагнитную волну, совершенно одинаковую по направлению распространения, частоте, фазе и поляризации с той, которая вынудила атом излучать. В итоге получается результирующая волна с амплитудой большей, чем у падающей. Особенностью индуцированного излучения является то, что оно монохроматично и когерентно. Именно это свойство индуцированного излучения положено в основу устройства лазеров.

Необходимо подчеркнуть, что индуцированное излучение происходит в полном соответствии с законом сохранения энергии. Вынуждающая световая волна играет роль «спускового устройства» в механизме излучения атомом запасенной ранее энергии.