Lasers and Excited States of Rare Earths

امکان انتشار نور تحریک شده توسط انیشتین در سال 1917 مورد بحث قرار گرفت، هشت سال قبل از توصیف مکانیکی کوانتومی سطوح انرژی سیستم های چند الکترونی. اگرچه استفاده از نمونه هایی با خواص نوری بسیار متفاوت از طیف استاندارد استاندارد اجسام مات (تابش \"جسم سیاه\") ضروری است، اما همیشه لازم نیست که مطالعه را به موجودات تک اتمی محدود کنیم. بنابراین، خطوط طیفی (در جذب و انتشار) را می توان از ترکیبات لانتانید به دست آورد، که حاوی یک تا سی الکترون 4f نوجوان است که از سریم سه ظرفیتی به ایتربیوم می روند، که تقریباً به اندازه اتم های گازی تیز هستند. با این حال، حضور اتم‌های مجاور، تصویر ساده یک پیکربندی الکترون جدا شده را اصلاح می‌کند، و به‌ویژه، می‌توان سطوح برانگیخته را به طور موثر با انتقال انرژی از گونه‌هایی با نوارهای جذب شدید، مانند انتقال بین پوسته‌ای سایر لانتانیدها و تالیم (I)، سرب (II) و بیسموت (III) یا نوارهای انتقال الکترون یون اورانیل یا سایر کمپلکس‌ها. از سوی دیگر، می توان با انتخاب مواد زجاجیه یا کریستالی با انرژی فونون کم، آرامش مولتی فونون (رقابت با لومینسانس خط تیز) را کاهش داد. بدیهی است که نمی توان بقای انرژی توسط لیزرها را دور زد، اما آنها ممکن است با اجازه دادن به همجوشی هسته ای عناصر سبک، اثرات اپتیک غیرخطی و طیف سنجی با زمان تفکیک شده، علاوه بر کاربردهای معمولی تر پرتوهای نور منسجم، پیامدهای بی سابقه ای برای آینده داشته باشند. با پسوند زاویه ای ناچیز.

The possibility of stimulated light emission was discussed by Einstein in 1917, eight years before the quantum-mechanical description of energy levels of many-electron systems. Though it is imperative to use samples having optical properties greatly different from the stan­ dard continuous spectrum of opaque objects ("black body" radia­ tion) it is not always necessary to restrict the study to monatomic entities. Thus, spectral lines can be obtained (in absorption and in emission) from lanthanide compounds, containing from one to thir­ teen 4f electrons going from trivalent cerium to ytterbium, that are nearly as sharp as the ones from gaseous atoms. However, the presence of adjacent atoms modifies the simple picture of an isolated electron configuration, and in particular, it is possible to pump excited levels efficiently by energy transfer from species with intense absorption bands, such as the inter-shell transitions of other lanthanides and of thallium(I), lead(II) and bismuth(III) or the electron transfer bands of the uranyl ion or other complexes. On the other hand, it is possible to diminuish the mUlti-phonon relaxation (competing with sharp line luminescence) by selecting vitreous or crystalline materials with low phonon energies. Obviously, one cannot circumvent the conservation of energy by lasers, but they may have unprecedented consequences for the future by allowing nuclear fusion of light elements, effects of non-linear optics and time-resolved spectroscopy, besides the more conventional applications of coherent light beams with negligible angular extension.