Механизмы очищения уровней (механизмы релаксации).

Радиационное очищение за счет спонтанного испускания. Избирательность этого механизма определяется правилами отбора (переход может быть оптически разрешенным либо запрещенным в зависимости от характеристик рассматриваемых уровней) и расстоянием между релаксирукяцим уровнем и нижележащим уровнем, на который переходят активные центры в процессе релаксации (иначе говоря, величиной энергии спонтанно испускаемого фотона). Чем больше тем выше вероятность радиационного очищения (при условии, разумеется, что данный переход является оптически разрешенным). Напомним, что коэффициент Эйнштейна А для спонтанного испускания в случае дипольных (т. е. оптически разрешенных) переходов описывается выражением

где — отвечающий переходу матричный элемент электрического дипольного момента излучающей системы.

Механизм радиационного очищения может характеризоваться высокой степенью селективности. Если переход оптически запрещен, а переход оптически разрешен и, кроме того, характеризуется достаточно большой частотой, то в этом случае

Неупругие столкновения со свободными электронами, при которых кинетическая энергия электронов возрастает

(электронное девозбуждение). Особой избирательностью данный механизм не обладает.

Неупругие столкновения со вспомогательными атомами и молекулами, при которых происходит передача энергии от активного центра к атому (молекуле). Различают два механизма передачи энергии — резонансный и газокинетический. В первом случае происходит возбуждение определенных уровней атома или молекулы; избирательность этого механизма достаточно высока Во втором случае происходит возрастание кинетической энергии атома или молекулы. Газокинетический механизм передачи энергии является, по сравнению с резонансным, существенно менее избирательным и, кроме того, более медленным.

Как частный случай отметим девозбуждение при столкновениях активных центров со стенками резервуара, внутри которого находится активная среда (пристеночное девозбуждение).

Снятие возбуждения при адиабатическом расширении газовой активной среды; при этом энергия возбуждения активных центров превращается в кинетическую энергию частиц быстро расширяющегося газа. Данный механизм позволяет реализовать высокую селективность накачки за счет преимущественного очищения нижнего рабочего уровня

Химическое девозбуждение за счет использования специально подобранных химических реакций; при этом возможна высокая степень избирательности

Передача энергии возбуждения коллективным движениям в среде; в частности, передача энергии фононам (увеличение энергии колебаний атомов в кристаллической решетке).

Представленная картина физических механизмов возбуждения и релаксации уровней не является исчерпывающей; в дальнейшем она будет дополнена. Заметим, что большинство отмеченных механизмов связано с неоптическими переходами в веществе.

Разделение на механизмы возбуждения и механизмы релаксации является в определенной мере условным.

Следует помнить, что, как правило, один и тот же механизм приводит к очищению одних и заселению других уровней активного центра.