Если атом находится в основном состоянии Е1, то под действием внешнего излучения может осуществиться вынужденный переход в возбужденное состояние Е2, приводящий к поглощению излучения.
Атом, в этом состоянии, может через некоторый промежуток времени спонтанно, без внешних воздействий, перейти в состояние с низшей энергией, отдавая избыточную энергию в виде электромагнитного излучения (испуская фотон с энергией hν=E2–Е1). Процесс испускания фотона возбужденным атомом без каких-либо внешних воздействий называется спонтанным (или самопроизвольным) излучением.
Если на атом в возбужденном состоянии действует внешнее излучение с частотой, удовлетворяющей условию hν=E2–Е1, то возникает вынужденный (индуцированный) переход в состояние 1 с излучением фотона той же энергии, т.е. атом излучает фотон дополнительно – к тому, под действием которого произошел переход. Испускаемый атом не отличим от падающего. Возникающее в результате таких переходов излучение называют вынужденным.
Однако наряду с вынужденным излучением возможен и конкурирующий процесс — поглощение. Поэтому для усиления падающего излучения необходимо, чтобы число стадий вынужденного излучения фотонов (оно пропорционально заселенности возбужденных состояний) превышало число стадий поглощения фотонов (оно пропорционально заселенности основных состояний). В термодинамическом равновесии, поглощение падающего излучения будет преобладать над вынужденным, т. е. падающее излучение при прохождении через вещество будет ослабляться.
Чтобы среда усиливала падающее на нее излучение, необходимо создать неравновесное состояние системы, при котором число атомов в возбужденных состояниях было бы больше, чем их число в основном состоянии. Такие состояния называются состояниями с инверсией населенностей. Процесс создания неравновесного состояния вещества (перевод системы в состояние с инверсией населенностей) называется накачкой. ... остальная часть текста, формулы, таблицы, изображения скрыты