1. Princip generiranja lasera
Atomska struktura je poput malog solarnog sistema, sa atomskim jezgrom u sredini. Elektroni stalno rotiraju oko atomskog jezgra, a atomsko jezgro se također stalno rotira.
Jezgro se sastoji od protona i neutrona. Protoni su pozitivno nabijeni, a neutroni su nenabijeni. Broj pozitivnih naboja koje nosi cijelo jezgro jednak je broju negativnih naboja koje nose cijeli elektroni, tako da su atomi općenito neutralni prema vanjskom svijetu.
Što se mase atoma tiče, jezgro koncentriše većinu mase atoma, a masa koju zauzimaju svi elektroni je vrlo mala. U atomskoj strukturi, jezgro zauzima samo mali prostor. Elektroni rotiraju oko jezgra, a elektroni imaju mnogo veći prostor za aktivnost.
Atomi imaju „unutarnju energiju“, koja se sastoji od dva dela: jedan je da elektroni imaju brzinu orbite i određenu kinetičku energiju; drugi je da postoji udaljenost između negativno nabijenih elektrona i pozitivno nabijenog jezgra, i postoji određena količina potencijalne energije. Zbir kinetičke energije i potencijalne energije svih elektrona je energija cijelog atoma, koja se naziva unutrašnja energija atoma.
Svi elektroni rotiraju oko jezgra; ponekad bliže jezgru, energija ovih elektrona je manja; ponekad dalje od jezgra, energija ovih elektrona je veća; prema vjerovatnoći pojave, ljudi dijele elektronski sloj na različite “energetske nivoe”; Na određenom „energetskom nivou“, može postojati više elektrona koji često kruže, i svaki elektron nema fiksnu orbitu, ali svi ovi elektroni imaju isti nivo energije; „Nivoi energije“ su izolovani jedan od drugog. Da, izolovani su prema energetskim nivoima. Koncept “energetskog nivoa” ne samo da dijeli elektrone na nivoe prema energiji, već i dijeli prostor u orbiti elektrona na više nivoa. Ukratko, atom može imati više nivoa energije, a različiti energetski nivoi odgovaraju različitim energijama; neki elektroni kruže na "niskom energetskom nivou", a neki elektroni na "visokom energetskom nivou".
Danas su u udžbenicima fizike za srednju školu jasno označene strukturne karakteristike određenih atoma, pravila raspodjele elektrona u svakom sloju elektrona i broj elektrona na različitim energetskim nivoima.
U atomskom sistemu, elektroni se u osnovi kreću u slojevima, pri čemu su neki atomi na visokim energetskim nivoima, a neki na niskim energetskim nivoima; budući da su atomi uvijek pod utjecajem vanjskog okruženja (temperatura, elektricitet, magnetizam), elektroni visokog energetskog nivoa su nestabilni i spontano će prijeći na niski energetski nivo, njegov efekat se može apsorbirati, ili može proizvesti posebne efekte pobude i uzrokovati “ spontana emisija”. Dakle, u atomskom sistemu, kada elektroni visokog energetskog nivoa prelaze na nivoe niske energije, postojaće dve manifestacije: „spontana emisija“ i „stimulisana emisija“.
Spontano zračenje, elektroni u visokoenergetskim stanjima su nestabilni i pod utjecajem vanjskog okruženja (temperatura, elektricitet, magnetizam) spontano migriraju u niskoenergetska stanja, a višak energije zrače se u obliku fotona. Karakteristika ove vrste zračenja je da se tranzicija svakog elektrona odvija nezavisno i da je slučajna. Stanja fotona spontane emisije različitih elektrona su različita. Spontana emisija svjetlosti je u "nekoherentnom" stanju i ima raspršene smjerove. Međutim, spontano zračenje ima karakteristike samih atoma, a spektri spontanog zračenja različitih atoma su različiti. Govoreći o tome, podsjeća ljude na osnovno znanje iz fizike: „Svaki predmet ima sposobnost da zrači toplinu, a objekt ima sposobnost kontinuiranog apsorpcije i emitiranja elektromagnetnih valova. Elektromagnetski valovi zračeni toplinom imaju određenu raspodjelu spektra. Ovaj spektar Distribucija je povezana sa svojstvima samog objekta i njegove temperature.” Dakle, razlog postojanja toplotnog zračenja je spontana emisija atoma.
U stimuliranoj emisiji, elektroni visokog energetskog nivoa prelaze na niskoenergetski nivo pod "stimulacijom" ili "indukcijom" "fotona pogodnih za uslove" i zrače foton iste frekvencije kao i upadni foton. Najveća karakteristika stimuliranog zračenja je da fotoni generirani stimuliranim zračenjem imaju potpuno isto stanje kao upadni fotoni koji stvaraju stimulirano zračenje. Oni su u „koherentnom“ stanju. Imaju istu frekvenciju i isti smjer i potpuno je nemoguće razlikovati ih. razlike među njima. Na taj način jedan foton postaje dva identična fotona kroz jednu stimulisanu emisiju. To znači da je svjetlost pojačana, odnosno "pojačana".
Hajde da sada ponovo analiziramo, koji su uslovi potrebni da bi se dobilo sve češće stimulisano zračenje?
U normalnim okolnostima, broj elektrona na visokim energetskim nivoima je uvijek manji od broja elektrona na niskim energetskim nivoima. Ako želite da atomi proizvode stimulisano zračenje, želite da povećate broj elektrona na visokim energetskim nivoima, tako da vam je potreban „izvor pumpe“, čija je svrha da stimuliše više. , tako da će broj elektrona na visokom energetskom nivou biti veći od broja elektrona niskoenergetskog nivoa i doći će do „okretanja broja čestica“. Previše elektrona visokog energetskog nivoa može ostati samo vrlo kratko vrijeme. Vrijeme će skočiti na niži energetski nivo, pa će se povećati mogućnost stimulisane emisije zračenja.
Naravno, “izvor pumpe” je postavljen za različite atome. To čini da elektroni "rezoniraju" i omogućavaju više elektrona niskoenergetskog nivoa da skoče na nivoe visoke energije. Čitaoci mogu u osnovi razumjeti, šta je laser? Kako se proizvodi laser? Laser je “svjetlosno zračenje” koje se “pobuđuje” atomima objekta pod djelovanjem specifičnog “izvora pumpe”. Ovo je laser.
Vrijeme objave: 27.05.2024
