1. Laseri genereerimise põhimõte
Aatomi struktuur on nagu väike päikesesüsteem, mille keskel on aatomituum. Elektronid pöörlevad pidevalt ümber aatomituuma ja ka aatomituum pöörleb pidevalt.
Tuum koosneb prootonitest ja neutronitest. Prootonid on positiivselt laetud ja neutronid on laenguta. Kogu tuumas olevate positiivsete laengute arv on võrdne tervete elektronide poolt kantavate negatiivsete laengute arvuga, seega on aatomid üldiselt välismaailma suhtes neutraalsed.
Mis puutub aatomi massi, siis tuum koondab suurema osa aatomi massist ja kõigi elektronide mass on väga väike. Aatomistruktuuris võtab tuum vaid väikese ruumi. Elektronid pöörlevad ümber tuuma ja elektronidel on palju suurem tegevusruum.
Aatomitel on “siseenergia”, mis koosneb kahest osast: üks on see, et elektronidel on tiirlemiskiirus ja teatud kineetiline energia; teine on see, et negatiivselt laetud elektronide ja positiivselt laetud tuuma vahel on vahemaa ning seal on teatud kogus potentsiaalset energiat. Kõigi elektronide kineetilise energia ja potentsiaalse energia summa on kogu aatomi energia, mida nimetatakse aatomi siseenergiaks.
Kõik elektronid pöörlevad ümber tuuma; mõnikord tuumale lähemal on nende elektronide energia väiksem; mõnikord tuumast kaugemal on nende elektronide energia suurem; esinemise tõenäosuse järgi jagavad inimesed elektronkihi erinevateks "energiatasemeteks"; Teatud "energiatasemel" võib sageli tiirleda mitu elektroni ja igal elektronil ei ole kindlat orbiiti, kuid kõigil neil elektronidel on sama energiatase; "Energiatasemed" on üksteisest eraldatud. Jah, nad on isoleeritud vastavalt energiatasemele. Mõiste "energiatase" mitte ainult ei jaga elektrone energia järgi tasemeteks, vaid jagab ka elektronide tiirleva ruumi mitmeks tasandiks. Lühidalt öeldes võib aatomil olla mitu energiataset ja erinevad energiatasemed vastavad erinevatele energiatele; mõned elektronid tiirlevad "madala energiatasemega" ja mõned elektronid "kõrgel energiatasemel".
Tänapäeval on keskkooli füüsikaraamatutes selgelt märgitud teatud aatomite struktuuriomadused, elektronide jaotumise reeglid igas elektronikihis ja elektronide arv erinevatel energiatasemetel.
Aatomisüsteemis liiguvad elektronid põhimõtteliselt kihtidena, kusjuures osa aatomeid on kõrgel ja osa madalal energiatasemel; Kuna aatomeid mõjutab alati väliskeskkond (temperatuur, elekter, magnetism), on kõrge energiatasemega elektronid ebastabiilsed ja hakkavad spontaanne üle minema madalale energiatasemele, selle mõju võib neelduda või tekitada erilisi ergastusefekte ja põhjustada “ spontaanne emissioon”. Seetõttu on aatomisüsteemis, kui kõrge energiatasemega elektronid lähevad üle madala energiatasemega tasemele, kaks ilmingut: "iseeneslik emissioon" ja "stimuleeritud emissioon".
Spontaanne kiirgus, suure energiaga olekus elektronid on ebastabiilsed ja väliskeskkonnast (temperatuur, elekter, magnetism) mõjutatud migreeruvad spontaanselt madala energiaga olekutesse ning üleliigne energia kiirgub footonite kujul. Seda tüüpi kiirguse omadus on see, et iga elektroni üleminek toimub iseseisvalt ja on juhuslik. Erinevate elektronide spontaanse emissiooni footoni olekud on erinevad. Valguse spontaanne emissioon on "ebaühtlases" olekus ja sellel on hajutatud suunad. Spontaansel kiirgusel on aga aatomite endi omadused ning erinevate aatomite spontaanse kiirguse spektrid on erinevad. Sellest rääkides tuletab see inimestele meelde põhiteadmisi füüsikast: „Igal objektil on võime soojust kiirgada ja objektil on võime pidevalt neelata ja kiirata elektromagnetlaineid. Soojuse poolt kiirgavatel elektromagnetlainetel on kindel spektrijaotus. See spekter Jaotus on seotud objekti enda omaduste ja selle temperatuuriga. Seetõttu on soojuskiirguse olemasolu põhjuseks aatomite spontaanne emissioon.
Stimuleeritud emissiooni korral lähevad kõrge energiatasemega elektronid üle madala energiatasemega tasemele "tingimustele sobivate fotonite" "stimuleerimisel" või "induktsioonil" ja kiirgavad langeva footoniga sama sagedusega footoni. Stimuleeritud kiirguse suurim omadus on see, et stimuleeritud kiirguse poolt tekitatud footonitel on täpselt sama olek kui langevatel footonitel, mis tekitavad stimuleeritud kiirgust. Nad on "koherentses" olekus. Neil on sama sagedus ja sama suund ning neid kahte on täiesti võimatu eristada. erinevused nende vahel. Nii saab ühest footonist ühe stimuleeritud emissiooni kaudu kaks identset footoni. See tähendab, et valgust intensiivistatakse või "võimendatakse".
Nüüd analüüsime uuesti, milliseid tingimusi on vaja selleks, et saada üha sagedamini stimuleeritud kiirgust?
Tavaolukorras on kõrgel energiatasemel elektronide arv alati väiksem kui madala energiatasemega elektronide arv. Kui soovite, et aatomid tekitaksid stimuleeritud kiirgust, soovite suurendada elektronide arvu kõrgel energiatasemel, nii et teil on vaja "pumpallikat", mille eesmärk on rohkem stimuleerida Liiga palju madala energiatasemega elektrone hüppab kõrge energiatasemega tasemele. , seega on kõrge energiatasemega elektronide arv suurem kui madala energiatasemega elektronide arv ja toimub osakeste arvu ümberpööramine. Liiga palju kõrge energiatasemega elektrone võib püsida vaid väga lühikest aega. Aeg hüppab madalamale energiatasemele, seega suureneb stimuleeritud kiirguse emissiooni võimalus.
Loomulikult on "pumba allikas" seatud erinevatele aatomitele. See paneb elektronid "resoneerima" ja võimaldab rohkematel madala energiatasemega elektronidel hüpata kõrge energia tasemeni. Lugejad saavad põhimõtteliselt aru, mis on laser? Kuidas laserit toodetakse? Laser on "valguskiirgus", mida "ergastavad" objekti aatomid konkreetse "pumbaallika" toimel. See on laser.
Postitusaeg: 27. mai-2024
