辐射寿命 Radiative lifetime

2022-10-27 15:43:55 浏览:266

定义

在(假设的)情况下电子状态的寿命,其中只有辐射过程使该水平减少。

激发电子态的辐射寿命,例如在激光增益介质中,是如果通过不可避免的自发发射引起的辐射衰变是减少该状态的唯一机制,则可以获得的寿命。它由等式给出

这表明高发射截面和大发射带宽不可避免地导致低辐射寿命。这是因为过渡截面不仅决定了受激发射的强度,还决定了自发发射的强度。该方程的推导基于自由空间模态密度方程,例如也用于推导热辐射功率谱密度的普朗克定律。这意味着该方程在微腔中不成立(在量子电动力学实验中经常使用),因为这样的空腔可以大大改变模密度。

还要注意折射率通过模密度的影响。如果使用晶粒尺寸远低于光波长的粉末进行荧光寿命测量,则环境介质的折射率(而不是粉末颗粒的折射率)变得相关。例如,与固体晶体相比,测量的空气中粉末的上态寿命可以更长。这些观察结果不应被误解为晶体淬灭效应的证据。

另一个重要方面是,较短的平均发射波长意味着较短的辐射寿命。这是由于辐射场的模密度增加造成的。结果是紫外激光器往往比红外激光器具有更高的阈值泵浦功率。

由于激光介质的增益效率(在简单情况下)与最大发射截面和上状态寿命(σ−τ乘积)的乘积成正比,因此基于宽带增益介质的激光器具有更高的阈值泵浦功率。

如果非辐射淬灭过程也显著减少液位,则电子水平仪的实际寿命可能低于辐射寿命。这意味着跃迁的量子效率低于单位。辐射跃迁率和非辐射跃迁速率彼此独立,相加即可得出总跃迁速率,其倒数是实际水平寿命。

如果已知量子效率接近单位,则上述方程可用于获得发射截面的绝对缩放,其波长依赖性已从发射光谱的形状中已知(→Füchtbauer-Ladenburg方程)。在其他情况下,如果发射截面的缩放是已知的(例如,通过互易方法从吸收截面获得),可以通过比较计算的辐射寿命和上态寿命来获得荧光的量子效率。

基础光学

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