无辐射跃迁 Non-radiative transitions

2022-10-18 15:44:23 浏览:184

定义

与光发射无关的原子或离子能级之间的跃迁。

原子和离子,例如激光增益介质中的激光活性离子,具有不同的激发能级。 这些原子和离子向低洼水平的转变通常与光子(光)的发射有关。 产生的光子携带所涉及的能级之间的能量差。 然而,也有一些机制允许非辐射跃迁(或非辐射或无辐射跃迁),即不涉及光的跃迁。 然后,多余的能量以其他方式消散 - 在大多数情况下,以声子的形式消散,这与固体的晶格振动有关。 在液体中,类似的现象可能发生,但在气体中几乎不会发生,其中原子或分子大部分时间不与其他分子接触,因此几乎没有机会以非辐射方式耗散激发能量。

声子发射是固体中非常快速的过程,在跃迁能小于晶格的某些声子的能量的情况下。 然后有效地绕过辐射跃迁,无法观察到。 对于较大的跃迁能量,只有多声子跃迁是可能的,其中一个跃迁涉及多个声子的发射。 当需要发射超过三个声子时,这种过程的速率变得相当小。

还有与杂质或晶格缺陷相关的淬火过程,这些过程具有额外的电子能级,可以将激励能量转移到这些电子能级。 这些杂质或缺陷可能只影响那些足够接近它们的离子,除非激光离子彼此足够接近以促进它们之间的快速能量转移。

非辐射跃迁往往会降低激光增益介质的上层状态寿命,从而减少(淬灭)上层群体,除非非辐射跃迁率与辐射跃迁率相比可以忽略不计。 这样,增益效率(对于连续泵浦)会因非辐射衰减而降低,也可能是可实现的最大激光增益。

请注意,非辐射跃迁对于许多固态激光增益介质的功能至关重要:如果泵浦发生到较高水平,它们通常有助于上激光水平的填充,并且它们还经常有助于减少较低激光水平的填充,从而避免重吸收损失。

参考文献

[1] Z. Burshtein, “Radiative, nonradiative, and mixed-decay transitions of rare-earth ions in dielectric media”, Opt. Eng. 49, 091005 (2010), doi:10.1117/1.3483907

基础光学

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