Фотоны. Законы взаимодействия фотонов с атомами.

Предварительный опрос

  • Что такое монохроматичность? Какой величиной она определяется?
  • Временная когерентность. Что такое длина и время когерентности? Как время когерентности связано с монохроматичностью?
  • Пространственная когерентность. Определение. Область пространственной когерентности.
  • Как связаны пространственная когерентность и направленность?
  • Что такое дифракционно ограниченный пучок?
  • Яркость источника излучения.

Содержание лекции

  • Фотон. Его свойства.
  • Моды электромагнитного поля. Плотность мод.
  • Спонтанное и вынужденное (индуцированное) излучение атома в одну моду. Поглощение фотона атомом из моды. Плотность вероятности перехода.
  • Сечение поглощения. Форма линии с естественным уширением. Сила перехода. Формфактор линии. Неопределенность энергия - время. Спотанное время жизни уровня. Классическая интерпретация естественного уширения с точки зрения колебаний затухающего осциллятора.
  • Взаимодействие атома с несколькими модами. Широкополосные поля.
  • Вынужденные переходы при взаимодействии с широкополосным электромагнитным полем.
  • Коэффициенты Эйнштейна.

Задание на дом

  1. Законспектировать материал по теме "Плотность мод электромагнитного поля в свободном пространстве".
  2. Решить задачу. Рассчитать яркость светодиода, излучающего мощность 0,1 мВт в конус с половинным телесным углом 60°, с излучающей квадратной поверхностью со стороной 0,2 мм (предполагается однородное распределение внутри конуса).

Литература

  1. Лекция "Фотоны и атомы".
  2. B.E.A. Saleh, M.C. Teich. Fundamentals of Photonics. 2007. Разделы 12.1, 13.2, 13.3.
    Есть русский перевод Б. Салех, М. Тейх. Оптика и фотоника. Принципы применения. Т1. "Интеллект", 2012.
  3. Н.В. Карлов. Лекции по квантовой электронике. М., «Наука» 1988. Лекции 1, 2.
  4. О.Звелто. Принципы лазеров. М., «Мир», 1990. Разделы 2.1, 2.4.4.