Verze z 19. 5. 2008, 13:46 editovat Vrba (diskuse \| příspěvky) Prověření uživatelé 30 133 editací kat dak jsem Kategorie: Elektromagnetické záření, kouknete nekdo lepe informovany ← Přejít na předchozí porovnání		Verze z 2. 7. 2008, 15:31 editovat zrušit editaci Befeleme (diskuse \| příspěvky) 54 editací Jedním ze zdrojů byl článek Spontaneous emissionz Přejít na další porovnání →
Řádek 1: '''Spontánní emise''' je [[kvantový jev]], při kterém dochází k vyzáření [[Foton\|fotonu]] z [[Excitovaný stav\|excitované]] kvantové soustavy za současného přechodu kvantové soustavy do základního stavu (nebo obecně do stavu s nižší energií). Na rozdíl od případu [[Stimulovaná emise\|stimulované emise]] přechází kvantová soustava z excitovaného do základního stavu samovolně, tedy bez působení vnějšího [[Elektromagnetické záření\|elektromagnetického pole]], navíc má vyzářený foton náhodný směr, [[fáze (vlna)\|fázi]] a [[polarizace (vlnění)\|polarizaci]]. Světlo generované spontánní emisí nazýváme [[Luminiscence\|luminiscencí]] či [[Luminiscence#Princip jevu\|fluorescencí]]. '''Spontánní emise''' je samovolné vyzařování elmg. pole vzbuzenými kvantovýmmi částicemi. Na rozdíl od [[stimulovaná emise\|stimulované emise]], při spontánní emisi není nezbytná přítomnost vnějšího elmg. pole. Vzbuzená částice přechází z vyšší energetické hladiny '''E<sub>2</sub>''' na hladinu s nižší energií '''E<sub>1</sub>''' samovolně a při tom vyzařuje elmg. záření s frekvencí <math> \nu=\frac{(E_{2}-E_{1})}{h} </math>. Směr šíření, fáze i polarizace jsou náhodné. Pravděpodobnost spontánní emise je dána vlastnostmi kvantových stavů, mezi kterými kvantovému spontánnímu přechodu dochází. == Princip jevu == Kvantová soustava se ze základního stavu dostává do stavu excitovaného např. světelným zářením, elektrickým výbojem či chemickou reakcí, kdy [[elektron]] přechází ze stávající energetické hladiny na vyšší energetickou hladinu. Kvantová soustava je ovšem v excitovaném stavu nestabilní a snaží se zaujmout stav s co nejnižší energií. Na uvolněné místo tedy přechází elektron z vyšší energetické hladiny za současného uvolnění fotonu či [[fonon]]u, jehož energie odpovídá rozdílu energetických hladin, mezi nimiž k přechodu dochází. V případě vyzáření fotonu hovoříme o zářivém přechodu a spontánní emisi; v opačném případě, když nedojde k zářivé rekombinaci, absorbuje se uvolněná energie v krystalové mřížce ve formě tepla a ke spontánní emisi fotonu nedochází. Pravděpodobnost zářivé rekombinace roste s šířkou [[Pásová struktura#Vznik pásové struktury\|zakázaného pásu]] a je mnohonásobně větší u materiálů s tzv. [[Stimulovaná emise#Struktura a materiály\|přímým přechodem]]. Pravděpodobnost spontánní emise je dána rovností <math>P = A_{21} N_2 </math>, kde A<sub>21</sub> je Einsteinův koeficient spontánní emise a N<sub>2</sub> počet vybuzených atomů kvantové soustavy. Popisovaný jev je znázorněn na následujícím obrázku, kde kvantovou soustavu pro jednoduchost tvoří pouze dvě energetické hladiny nižší E<sub>1</sub> a vyšší E<sub>2</sub>. Vyzářený foton má potom energii <math>E = E_2 - E_1 = h \nu</math>, kde ''h'' je [[Planckova konstanta]] a ν je frekvence záření. Jeho ostatní vlastnosti jako směr, polarizace či fáze jsou náhodné. Doba života kvantové soustavy v excitovaném stavu (tedy doba, po kterou elektron setrvává na vyšší energetické hladině, než dojde ke spontánní emisi) je řádově několik nanosekund, doba vlastního přechodu je potom okolo 0,1-1fs. [[Image:Spontaneousemission.png\|frame\|center\|Obr.1 Schéma spontánní emise: ''vlevo:'' atom v excitovaném stavu, ''uprostřed:'' přechod atomu do základního stavu trvá řádově desetiny [[Sekunda#Další jednotky\|femtosekundy]], ''vpravo:'' atom v základním stavu a odchozí foton náhodné polarizace a směru s energií rovnou rozdílu energetických hladin]] == Pravděpodobnost spontánní emise == Pravděpodobnost spontánní emise závisí jednak na vnitřní stavbě atomu (kvantové soustavy) a jednak na okolním prostředí. Konstantu úměrnosti pro přechod elektronu mezi konkrétními dvěma stavy v homogenním prostředí lze vyjádřit jako ;<math> A_{21} = \Gamma_{rad} = \frac{\omega^3n\|d\|^2} {3\pi\varepsilon_{0}\hbar {c}^3} </math> , kde ''''' ω''''' odpovídá frekvenci záření, '''''n''''' je index lomu prostředí, '''''d''''' dipólový moment přechodu, '''''ε<sub>0</sub>''''' permitivita vakua, '''''ħ''''' [[Planckova konstanta#Diracova konstanta\|Diracova konstanta]] a '''''c''''' rychlost světla ve vakuu. Četnost spontánní emise tedy lze částečně ovlivnit změnou okolního prostředí. V polovině 20. století objevil [[Edward Mills Purcell\|E. Purcell]] zvýšení četnosti spontánní emise atomů v rezonanční dutině (tzv. Purcellův efekt). Velmi dobrých výsledků se dosahuje, je-li frekvence emitovaného záření blízká frekvenci [[plasmon]]ů okolní látky. Krom rezonančních dutin jsou také zkoumány dielektrické destičky či fotonické krystaly, které vykazují poměrně značné zvýšení spontánní emise, avšak v oblasti energií zakázaného pásu fotonického krystalu také její značné utlumení. == Zdroje == # [http://www.elektrorevue.cz/clanky/01034/index.html Elektrorevue - Laserové diody 1] # [http://physics.mff.cuni.cz/vyuka/zfp/txt_u315.pdf Laser a pricip jeho činnosti] - studijní text k fyzikálnímu praktiku [[Matematicko-fyzikální fakulta Univerzity Karlovy\|MFF]] # [http://www.rp-photonics.com/spontaneous_emission.html Spontaneous emission] - heslo v Encyclopedia of Laser Physics and Technology # [http://maxwell.optica.csic.es/papers/data/paper091.pdf Spontaneous emission enhancement near nanoparticles] - článek z Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer # [http://www.freewebtown.com/kolegium/F3_L06SE.pdf Fyzika pro chemiky III] - přednáška Juraje Diana ([[Matematicko-fyzikální fakulta Univerzity Karlovy\|MFF UK]]) ~~== Literatura ==~~ {{citace knihy \| jméno = Miroslava \| příjmení = Vrbová \| odkaz na autora = Miroslava Vrbová \| titul = Lasery a moderní optika \| odkaz na titul = Lasery a moderní optika \| vydavatel = Prometheus \| místo = Praha \| rok = 1994 \| počet stran = 474 \| strany = 366 \| isbn = 80-85849-56-9 }} [[Kategorie: Elektromagnetické záření]] [[en:Spontaneous emission]]

Spontánní emise: Porovnání verzí