Резонансное излучение

излучение, испускаемое системой связанных зарядов (например, атомом, атомным ядром), при котором частота излучения совпадает с частотой возбуждающего света. Р. и. могут испускать газы, жидкости и твёрдые тела, по наиболее чёткая картина наблюдается в атомных парах Hg, Cd, Na и др. Открыто Р. и. было при исследовании свечения паров Na Р. Вудом(1905).

Для возбуждения Р. и. атом (или др. систему связанных зарядов) облучают светом частоты ν. Поглощая квант с энергией hν (h —Планка постоянная), атом с основного уровня E₀ переходит на возбуждённый уровень E_n (уровень E₂ на рис.). При спонтанном переходе атома из возбуждённого состояния E_n в основное E₀ и происходит Р. и. — атом испускает квант с частотой ν, и в спектре излучения появляется резонансная линия. Совокупность резонансных линий образует резонансный спектр атома. Р. и. атомов и молекул является резонансной люминесценцией (См. Люминесценция). При взаимодействии атомного ядра с γ-излучением может возникать Р. и. γ-квантов.

Р. и. наблюдается лишь при определённых условиях (в разрежённых атомных парах, замороженных растворах). Обычно атом безызлучательно переходит из возбуждённого состояния в промежуточное (на рис. на уровень E₁), и лишь затем происходит излучательный переход в основное состояние с частотой E₁, Р. и. наблюдается в чистом виде (поскольку в этом случае промежуточных уровней нет).

Р. и. — процесс, наблюдаемый в течение некоторого времени t. Интенсивность Р. и. I меняется со временем по закону: I =I₀e^—t/τ, где I₀— начальная интенсивность, τ — среднее время жизни атома в возбуждённом состоянии. Обычно τ ≅ 10^-8сек; если электронный переход запрещен Отбора правилами, продолжительность Р. и. может значительно увеличиться (например, в парах Hg наблюдается переход с τ ≅ 10^-7 сек).

Р. и. всегда поляризовано, причём степень и характер поляризации определяются поляризацией возбуждающего света, направлением наблюдения, излучающим объектом, наличием в нём примесей. Особенно существенно влияет на поляризацию Р. и. магнитное поле (в экспериментах приходится учитывать магнитное поле Земли).

В квантовой теории Р. и. (как и в классической теории Резонанса) учитывают эффекты затухания — затухание возбуждённых электронных состояний, которые не являются строго стационарными во времени. Энергия электрона в возбуждённом состоянии не имеет строго определённого значения, и спектральные линии характеризуются некоторой шириной спектральных линий (См. Ширина спектральных линий) Г. Величина Г связана с полной вероятностью перехода электрона на низшие уровни и с τ. Чем больше Г, тем меньше τ и, следовательно, меньше длительность Р. и.

Лит.: Вуд Р. В., Физическая оптика, пер. с англ., М. — Л. , 1936; Гайтлер В., Квантовая теория излучения, [пер. с англ.], М., 1956; Ахиезер А. И., Берестецкий В. Б., Квантовая электродинамика, 3 изд., М., 1969.

В. З. Кресин.

РЕЗОНАНСНОЕ излучение - электромагнитное излучение, испускаемое системой связанных зарядов (напр., атомом), частота которого совпадает с частотой возбуждающего света. Наиболее четко наблюдается в атомных парах Hg, Cd, Na и др.

resonance radiation

resonance radiation

РЕЗОНАНСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

(резонансная флуоресценция, резонансное рассеяние, резонансная люминесценция) - фотолюминесценция, при к-рой частота возбуждающего излучения w₀ практически совпадает с частотой фотолюминесценции атома , где и - энергии верхнего возбуждённого и нижнего (обычно основного) уровней энергии атома. Р. н. впервые обнаружено в 1904 Р. Вудом (R. Wood) в парах натрия.

Р. и. на изолиров. атоме по существу есть рэлеевское рассеяние света, усиленное благодаря резонансу на много порядков величины. Спектр Р. и. неподвижного изолиров. атома зависит от спектра возбуждающего излучения. При возбуждении его излучением непрерывного спектра шириной где - естественная ширина спектральной линии данного атома, линия Р. и. имеет лоренцевский контур с шириной (см. Контур спектральной линии), т. е. такой же, что и при возбуждении атома др. способом (напр., столк-новительным). Если атом возбуждается монохроматич. излучением, то его Р. и. является также монохроматическим и имеет ту же частоту w₀ (с точностью до эффектов отдачи). При этом, если осн. состояние атома не вырождено, то падающая волна и волна Р. и. когерентны.

В разреженном газе контур линии Р. и. определяется доплеровским уширением спектральных линий и его ширина зависит от угла рассеяния. Если спектральная линия атома испытывает дополнит. уширение Г и сдвиг D за счёт соударений, а Р. и. возбуждается монохроматич. излучением, то спектр Р. и. состоит из излучения той же частоты w₀ и лоренцевского контура с максимумом на частоте w + D и с шириной Г +.В том случае, когда столкновения приводят лишь к сдвигу фазы волновой ф-ции атомного состояния, отношение интенсивностей этих компонент Р. и. равно /Г. При наличии неупругих столкновений отношение интенсив-ностей будет другим и в спектре Р. и. возможно появление дополнит. линий.

Обычно Р. и. поляризовано. В общем случае степень поляризации и её характер определяются поляризацией возбуждающего излучения, направлением наблюдения по отношению к направлению распространения возбуждающей волны, давлением и составом излучающего газа, ориентацией и величиной внеш. электрич. и магн. полей. Особенно сильно на поляризацию влияет магн. поле (см. Зеемана эффект).

При возбуждении Р. и. излучением высокой интенсивности резонансная спектральная линия расщепляется, а также происходят и др. изменения спектра, зависящие от статистич. свойств возбуждающего излучения.

Лит.: Вуд Р., Физическая оптика, пер. с англ., Л.- М., 1936; Митчел А., Земанский М., Резонансное излучение и возбужденные атомы, пер. с англ., М.- Л., 1937; Гайт-лер В., Квантовая теория излучения, пер. с англ., [2 изд.], М., 1956; Прингсгейм П., Флуоресценция и фосфоресценция, пер. с англ., М._; 1951; Берестецкий В. Б., Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П., Квантовая электродинамика, 3 изд., М., 1989; Ахиезер А. И., Берестецкий В. Б., Квантовая электродинамика, 4 изд., М., 1981; Лоудон Р., Квантовая теория света, пер. с англ., М., 1976; Swain S., Theory of atomic processes in strong resonant electromagnetic fields, в сб.: Advances in atomic and molecular physics, V. 16, N. Y.-L.-Toronto, 1980, p. 159. Е. А. Юков.