1. Princip generisanja lasera
Atomska struktura je poput malog solarnog sistema, s atomskim jezgrom u sredini. Elektroni se stalno okreću oko atomskog jezgra, a i atomsko jezgro se stalno okreće.
Jezgro se sastoji od protona i neutrona. Protoni su pozitivno naelektrisani, a neutroni su nenaelektrisani. Broj pozitivnih naboja koje nosi cijelo jezgro jednak je broju negativnih naboja koje nose svi elektroni, tako da su atomi generalno neutralni prema vanjskom svijetu.
Što se tiče mase atoma, jezgro koncentriše najveći dio 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 "unutrašnju energiju", koja se sastoji od dva dijela: jedan je da elektroni imaju orbitalnu brzinu i određenu kinetičku energiju; drugi je da postoji udaljenost između negativno nabijenih elektrona i pozitivno nabijenog jezgra, te da 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; "energetski nivoi" 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 orbitalni prostor elektrona na više nivoa. Ukratko, atom može imati više energetskih nivoa, a različiti energetski nivoi odgovaraju različitim energijama; neki elektroni kruže na "niskom energetskom nivou", a neki elektroni kruže na "visokom energetskom nivou".
Danas, udžbenici fizike za osnovne škole jasno označavaju strukturne karakteristike određenih atoma, pravila raspodjele elektrona u svakom elektronskom sloju i broj elektrona na različitim energetskim nivoima.
U atomskom sistemu, elektroni se u osnovi kreću u slojevima, pri čemu su neki atomi na visokim, a neki na niskim energetskim nivoima; budući da su atomi uvijek pod utjecajem vanjske okoline (temperature, elektriciteta, magnetizma), elektroni na visokim energetskim nivoima su nestabilni i spontano prelaze na niske energetske nivoe, njihov učinak se može apsorbirati ili mogu proizvesti posebne efekte pobuđivanja i uzrokovati "spontanu emisiju". Stoga, u atomskom sistemu, kada elektroni na visokim energetskim nivoima prelaze na niske energetske nivoe, doći će do dvije manifestacije: "spontana emisija" i "stimulirana emisija".
Spontano zračenje, elektroni u visokoenergetskim stanjima su nestabilni i, pod utjecajem vanjskog okruženja (temperature, elektriciteta, magnetizma), spontano migriraju u niskoenergetska stanja, a višak energije se zrači u obliku fotona. Karakteristika ove vrste zračenja je da se prelaz svakog elektrona vrši nezavisno i slučajan je. 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 ovome, podsjeća ljude na osnovno znanje iz fizike: "Svaki objekt ima sposobnost zračenja topline, a objekt ima sposobnost kontinuiranog apsorbiranja i emitiranja elektromagnetskih valova. Elektromagnetski valovi koje zrači toplina imaju određenu raspodjelu spektra. Ova raspodjela spektra povezana je sa svojstvima samog objekta i njegovom temperaturom." Stoga je razlog postojanja toplinskog zračenja spontana emisija atoma.
Kod stimulisane emisije, elektroni visokog energetskog nivoa prelaze na niski energetski nivo pod "stimulacijom" ili "indukcijom" "fotona pogodnih za uslove" i zrače foton iste frekvencije kao i upadni foton. Najveća karakteristika stimulisanog zračenja je da fotoni generisani stimulisanim zračenjem imaju potpuno isto stanje kao i upadni fotoni koji generišu stimulisano zračenje. Oni su u "koherentnom" stanju. Imaju istu frekvenciju i isti smjer, i potpuno je nemoguće razlikovati te dvije razlike. Na taj način, jedan foton postaje dva identična fotona kroz jednu stimulisanu emisiju. To znači da se svjetlost pojačava ili "pojačava".
Sada ponovo analizirajmo, koji su uslovi potrebni da bi se dobilo sve češće i 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 povećati broj elektrona na visokim energetskim nivoima, pa vam je potreban "izvor pumpe", čija je svrha da stimuliše više... Previše elektrona sa niskih energetskih nivoa skače na visoke energetske nivoe, tako da će broj elektrona na visokim energetskim nivoima biti veći od broja elektrona na niskim energetskim nivoima i doći će do "obrnuća broja čestica". Previše elektrona na visokim energetskim nivoima može ostati samo vrlo kratko vrijeme. Vrijeme će skočiti na niži energetski nivo, pa će se povećati mogućnost stimulisane emisije zračenja.
Naravno, "izvor pumpanja" je postavljen za različite atome. On uzrokuje da elektroni "rezoniraju" i omogućava većem broju elektrona sa niskoenergetskih nivoa da pređu na visokoenergetske nivoe. Čitaoci mogu u osnovi razumjeti šta je laser? Kako se laser proizvodi? Laser je "svjetlosno zračenje" koje "pobuđuju" atomi objekta pod djelovanjem specifičnog "izvora pumpanja". To je laser.
Vrijeme objave: 27. maj 2024.
