1. Zasada generacji lasera
Struktura atomowa przypomina mały układ słoneczny, z jądrem atomowym pośrodku. Elektrony nieustannie krążą wokół jądra atomowego, a jądro atomowe również nieustannie się obraca.
Jądro atomowe składa się z protonów i neutronów. Protony mają ładunek dodatni, a neutrony obojętny. Liczba ładunków dodatnich niesionych przez całe jądro jest równa liczbie ładunków ujemnych niesionych przez wszystkie elektrony, więc atomy są generalnie neutralne dla świata zewnętrznego.
Jeśli chodzi o masę atomu, jądro koncentruje większość masy atomu, a masa zajmowana przez wszystkie elektrony jest bardzo mała. W strukturze atomu jądro zajmuje jedynie niewielką przestrzeń. Elektrony krążą wokół jądra, a elektrony mają znacznie większą przestrzeń do aktywności.
Atomy posiadają „energię wewnętrzną”, która składa się z dwóch części: po pierwsze, elektrony mają prędkość orbitalną i określoną energię kinetyczną; po drugie, istnieje pewna odległość między ujemnie naładowanymi elektronami a dodatnio naładowanym jądrem oraz pewna ilość energii potencjalnej. Suma energii kinetycznej i potencjalnej wszystkich elektronów to energia całego atomu, nazywana energią wewnętrzną atomu.
Wszystkie elektrony krążą wokół jądra; czasami bliżej jądra energia tych elektronów jest mniejsza; czasami dalej od jądra energia tych elektronów jest większa; w zależności od prawdopodobieństwa 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 odizolowane od siebie. Tak, są odizolowane według poziomów energii. Koncepcja „poziomu energii” nie tylko dzieli elektrony na poziomy według energii, ale także dzieli przestrzeń orbitującą elektronów 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 niektóre elektrony krążą na „wysokim poziomie energii”.
Obecnie w podręcznikach fizyki dla szkół średnich wyraźnie opisane są strukturalne cechy poszczególnych atomów, zasady rozmieszczenia elektronów w każdej warstwie elektronowej oraz liczba elektronów na różnych poziomach energetycznych.
W układzie atomowym elektrony zasadniczo poruszają się warstwami, przy czym niektóre atomy znajdują się na wysokich, a niektóre na niskich poziomach energetycznych. Ponieważ atomy są stale poddawane wpływowi środowiska zewnętrznego (temperatury, elektryczności, magnetyzmu), elektrony o wysokich energiach są niestabilne i mogą spontanicznie przejść na niski poziom energetyczny, a ich efekt może zostać zaabsorbowany lub mogą wywołać specjalne efekty wzbudzenia, powodując „emisję spontaniczną”. Dlatego w układzie atomowym, gdy elektrony o wysokich energiach przechodzą na poziomy niskoenergetyczne, występują dwa zjawiska: „emisja spontaniczna” i „emisja wymuszona”.
Promieniowanie spontaniczne – elektrony w stanach wysokoenergetycznych są niestabilne i pod wpływem środowiska zewnętrznego (temperatury, elektryczności, magnetyzmu) spontanicznie migrują do stanów niskoenergetycznych, a nadmiar energii jest emitowany w postaci fotonów. Cechą charakterystyczną tego rodzaju promieniowania jest to, że przejście każdego elektronu odbywa się niezależnie i jest losowe. Stany fotonowe emisji spontanicznej różnych elektronów są różne. Spontaniczna emisja światła znajduje się w stanie „niespójnym” i ma rozproszone kierunki. Jednak promieniowanie spontaniczne ma cechy samych atomów, a widma promieniowania spontanicznego różnych atomów są różne. Mówiąc o tym, przypomina to podstawową wiedzę z fizyki: „Każdy obiekt ma zdolność promieniowania ciepła, a obiekt ma zdolność ciągłego pochłaniania i emitowania fal elektromagnetycznych. Fale elektromagnetyczne emitowane przez ciepło mają określony rozkład widmowy. Ten rozkład widmowy jest związany z właściwościami samego obiektu i jego temperaturą”. Zatem przyczyną istnienia promieniowania cieplnego jest spontaniczna emisja atomów.
W emisji wymuszonej elektrony o wysokiej energii przechodzą na poziom niskoenergetyczny pod wpływem „stymulacji” lub „indukcji” „fotonów odpowiednich do danych 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 one w stanie „spójnym”. Mają tę samą częstotliwość i ten sam kierunek, a rozróżnienie tych dwóch różnic jest całkowicie niemożliwe. W ten sposób jeden foton staje się dwoma identycznymi fotonami poprzez jedną emisję wymuszoną. Oznacza to, że światło jest wzmacniane lub „wzmacniane”.
Przeanalizujmy teraz jeszcze raz, jakie warunki są potrzebne, aby uzyskać coraz częstsze stymulowane promieniowanie?
W normalnych okolicznościach liczba elektronów na wysokich poziomach energetycznych jest zawsze mniejsza niż liczba elektronów na niskich poziomach energetycznych. Jeśli chcesz, aby atomy produkowały stymulowane promieniowanie, chcesz zwiększyć liczbę elektronów na wysokich poziomach energetycznych, więc potrzebujesz „źródła pompującego”, którego celem jest stymulowanie większej liczby Zbyt wiele elektronów o niskiej energii przeskakuje na poziomy wysokoenergetyczne, więc liczba elektronów o wysokiej energii będzie większa niż liczba elektronów o niskiej energii i nastąpi „odwrócenie liczby cząstek”. Zbyt wiele elektronów o wysokiej energii może pozostać tylko przez bardzo krótki czas. Czas przeskoczy na niższy poziom energetyczny, więc możliwość stymulowanej emisji promieniowania wzrośnie.
Oczywiście, „źródło pompujące” jest ustawione dla różnych atomów. Powoduje ono „rezonowanie” elektronów i pozwala elektronom o niższej energii przeskoczyć na poziomy o wyższej energii. Czytelnicy w zasadzie rozumieją, czym jest laser? Jak powstaje laser? Laser to „promieniowanie świetlne”, które jest „wzbudzane” przez atomy obiektu pod wpływem określonego „źródła pompującego”. To jest właśnie laser.
Czas publikacji: 27-05-2024
