Kvant elektronikasının əsasları

§ 1.8. İkisəviyyəli sistem xarici sahədə.

Əvvəlcə yalnız iki enerji səviyyəsindən ibarət halları olan sistemlə xarici sahənin qarşılıqlı təsirinə baxaq. Fərz edək ki, E₁ əsas, E₂ isə həyəcanlanmış enerji səviyyəsidir. Bu sistemə teyliyi ν = (E₂ – E₁ )/h və enerjinin spektral sıxlığı u(ν) olan xarici sahə təsir edir. Aydındır ki, bu halda üç optik proses baş verəcək. Xarici sahənin təsirilə baxılan sistemdə zərrəciklərin Bolsman statistikasına görə paylanması pozulacaqdır. Sahənin təsiri ilə E₁ və E₂ enerji səviyyələrində toplanan zərrəciklərin N₁ və N₂ sayını təyin etmək üçün aşağıdakı tənliklər sistemini yazmaq olar:

(1)

(2)

Burada N - vahid həcmdə olan zərrəciklərin sayıdır. (1) ifadəsi baxılan hal üçün zərrəciklərin sayının saxlanması qanunudur. (2) düsturunda birinci hədd udulmanı, ikinci hədd məcburi şüalanmanı, üçüncü hədd isə spontan şüalanmanı xarakterizə edir. Bu tənliklər sistemini stasionar halda həll etsək, N₁ və N₂ üçün (B₁₂=B₂₁=B və A₂₁=A) alarıq.

(3) (4)

Şəkildə iki səviyyəli sistemin enerji səviyyələrindəki zərrəciklərin sayının heyəcan-lanma enerjisinin sıxlığından asıllığı göstərilmişdir. Həyəcanlandırma enejisi sıfra b ərabər olduqda bütün zərrəciklər E₁ enerji səviyyəsində olur. Həyəcanlandırma enerjisi artdıqca N₂ monoton artır, N_l isə monoton olaraq azalır. Həyəcanlanma enerjisinin sonsuz böyük qiymətlərində hər iki səviyyədə olan atomların sayı bərabərləşir. Deməli, bu sistemdə N₂ > N₁ (zərrəciklərin inversiyası) halı alınmır. Buradan belə bir nəticəyə gəlmək olar ki, ikisəviyyəli sistemdə optik həyəcanlandırma üsulu ilə inversiya halı yaratmaq prinsipal olaraq mümkün deyil. Ona görə də belə halda olan mühitlərdən keçərkən işıq selinin gücləniəsi və generasiyasi yarana bilməz.