Laser i jego system przetwarzania

1. Zasada generacji lasera

Struktura atomowa przypomina mały układ słoneczny z jądrem atomowym pośrodku. Elektrony stale krążą wokół jądra atomowego, a jądro atomowe również stale się obraca.

Jądro składa się z protonów i neutronów. Protony są naładowane dodatnio, a neutrony nie mają ładunku. Liczba ładunków dodatnich przenoszonych przez całe jądro jest równa liczbie ładunków ujemnych przenoszonych przez całe elektrony, więc ogólnie atomy są obojętne dla świata zewnętrznego.

Jeśli chodzi o masę atomu, jądro skupia większość masy atomu, a masa zajmowana przez wszystkie elektrony jest bardzo mała. W strukturze atomowej jądro zajmuje tylko niewielką przestrzeń. Elektrony krążą wokół jądra, a elektrony mają znacznie większą przestrzeń do działania.

Atomy mają „energię wewnętrzną”, która składa się z dwóch części: po pierwsze, elektrony mają prędkość orbitalną i określoną energię kinetyczną; drugim jest to, że istnieje odległość między ujemnie naładowanymi elektronami a dodatnio naładowanym jądrem i istnieje pewna ilość energii potencjalnej. Suma energii kinetycznej i potencjalnej wszystkich elektronów stanowi energię całego atomu, którą nazywamy energią wewnętrzną atomu.

Wszystkie elektrony obracają się wokół jądra; czasami bliżej jądra energia tych elektronów jest mniejsza; czasami dalej od jądra energia tych elektronów jest większa; zgodnie z prawdopodobieństwem wystąpienia ludzie dzielą warstwę elektronową na różne „Poziomy energii”; Na pewnym „poziomie energii” może często krążyć wiele elektronów, a każdy elektron nie ma ustalonej orbity, ale wszystkie te elektrony mają ten sam poziom energii; „Poziomy energii” są od siebie odizolowane. Tak, są izolowane według poziomów energii. Pojęcie „poziomu energii” nie tylko dzieli elektrony na poziomy według energii, ale także dzieli przestrzeń orbitującą elektrony na wiele poziomów. Krótko mówiąc, atom może mieć wiele poziomów energii, a różne poziomy energii odpowiadają różnym energiom; niektóre elektrony krążą na „niskim poziomie energii”, a inne na „wysokim poziomie energii”.

Obecnie w gimnazjalnych podręcznikach fizyki wyraźnie zaznaczono charakterystykę strukturalną poszczególnych atomów, zasady rozmieszczenia elektronów w każdej warstwie elektronowej oraz liczbę elektronów na różnych poziomach energii.

W układzie atomowym elektrony zasadniczo poruszają się warstwami, przy czym niektóre atomy mają wysokie, a inne niskie poziomy energii; ponieważ na atomy zawsze wpływa środowisko zewnętrzne (temperatura, elektryczność, magnetyzm), elektrony o wysokim poziomie energii są niestabilne i samoistnie przejdą na niski poziom energii, jego działanie może zostać pochłonięte lub może wywołać specjalne efekty wzbudzenia i spowodować „ emisja spontaniczna”. Dlatego w układzie atomowym, gdy elektrony o wysokim poziomie energii przechodzą na poziomy o niskiej energii, wystąpią dwa objawy: „emisja spontaniczna” i „emisja wymuszona”.

Promieniowanie spontaniczne, elektrony w stanach wysokoenergetycznych są niestabilne i pod wpływem środowiska zewnętrznego (temperatura, elektryczność, magnetyzm) samoistnie migrują do stanów niskoenergetycznych, a nadmiar energii jest wypromieniowywany w postaci fotonów. Cechą charakterystyczną tego rodzaju promieniowania jest to, że przejście każdego elektronu odbywa się niezależnie i jest losowe. Stany fotonów spontanicznej emisji różnych elektronów są różne. Spontaniczna emisja światła jest w stanie „niespójnym” i ma rozproszone kierunki. Jednakże promieniowanie spontaniczne ma cechy samych atomów, a widma promieniowania spontanicznego różnych atomów są różne. Mówiąc o tym, przypomina się podstawową wiedzę z fizyki: „Każdy obiekt ma zdolność emitowania ciepła, a obiekt ma zdolność ciągłego pochłaniania i emitowania fal elektromagnetycznych. Fale elektromagnetyczne emitowane przez ciepło mają określony rozkład widma. Widmo to Rozkład jest powiązany z właściwościami samego obiektu i jego temperaturą.” Dlatego przyczyną istnienia promieniowania cieplnego jest spontaniczna emisja atomów.

W emisji wymuszonej elektrony o wysokim poziomie energii przechodzą do poziomu o niskiej energii pod wpływem „stymulacji” lub „indukcji” „fotonów odpowiednich do warunków” i emitują foton o tej samej częstotliwości co foton padający. Największą cechą promieniowania wymuszonego jest to, że fotony generowane przez promieniowanie wymuszone mają dokładnie taki sam stan, jak fotony padające, które generują promieniowanie wymuszone. Są w stanie „spójnym”. Mają tę samą częstotliwość i ten sam kierunek i całkowicie niemożliwe jest ich rozróżnienie. różnice między nimi. W ten sposób jeden foton w wyniku jednej emisji wymuszonej staje się dwoma identycznymi fotonami. Oznacza to, że światło jest intensyfikowane, czyli „wzmacniane”.

Przeanalizujmy teraz jeszcze raz, jakie warunki są potrzebne, aby uzyskać coraz częstsze promieniowanie stymulowane?

W normalnych okolicznościach liczba elektronów na wysokich poziomach energii jest zawsze mniejsza niż liczba elektronów na niskich poziomach energii. Jeśli chcesz, aby atomy wytwarzały promieniowanie stymulowane, chcesz zwiększyć liczbę elektronów na wysokich poziomach energii, więc potrzebujesz „źródła pompy”, którego zadaniem jest stymulowanie większej liczby elektronów. Zbyt wiele elektronów o niskim poziomie energii przeskakuje na poziomy o wysokiej energii , więc liczba elektronów o wysokim poziomie energii będzie większa niż liczba elektronów o niskim poziomie energii i nastąpi „odwrócenie liczby cząstek”. Zbyt wiele elektronów o wysokim poziomie energii może pozostać tylko przez bardzo krótki czas. Czas przeskoczy na niższy poziom energii, więc wzrośnie możliwość wymuszonej emisji promieniowania.

Oczywiście „źródło pompy” jest ustawione dla różnych atomów. Sprawia, że ​​elektrony „rezonują” i pozwalają większej liczbie elektronów o niskim poziomie energii przeskoczyć na poziomy o wysokiej energii. Czytelnicy mogą w zasadzie zrozumieć, czym jest laser? Jak powstaje laser? Laser to „promieniowanie świetlne”, które jest „wzbudzane” przez atomy obiektu pod wpływem określonego „źródła pompy”. To jest laser.