1. Principiul generarii laserului
Structura atomică este ca un mic sistem solar, cu nucleul atomic în mijloc. Electronii se rotesc constant în jurul nucleului atomic, iar nucleul atomic, de asemenea, se rotește constant.
Nucleul este compus din protoni și neutroni. Protonii sunt încărcați pozitiv, iar neutronii sunt neîncărcați. Numărul de sarcini pozitive purtate de întregul nucleu este egal cu numărul de sarcini negative purtate de întregul electroni, deci, în general, atomii sunt neutri față de lumea exterioară.
În ceea ce privește masa unui atom, nucleul concentrează cea mai mare parte a masei atomului, iar masa ocupată de toți electronii este foarte mică. În structura atomică, nucleul ocupă doar un spațiu mic. Electronii se rotesc în jurul nucleului, iar electronii au un spațiu mult mai mare pentru activitate.
Atomii au „energie internă”, care constă din două părți: una este că electronii au o viteză de orbită și o anumită energie cinetică; celălalt este că există o distanță între electronii încărcați negativ și nucleul încărcat pozitiv și există o anumită cantitate de energie potențială. Suma energiei cinetice și a energiei potențiale a tuturor electronilor este energia întregului atom, care se numește energia internă a atomului.
Toți electronii se rotesc în jurul nucleului; uneori mai aproape de nucleu, energia acestor electroni este mai mică; uneori mai departe de nucleu, energia acestor electroni este mai mare; în funcție de probabilitatea de apariție, oamenii împart stratul de electroni în diferite „„Nivel de energie”; La un anumit „Nivel de energie”, pot exista mai mulți electroni care orbitează frecvent și fiecare electron nu are o orbită fixă, dar acești electroni au toți același nivel de energie; „Nivelurile de energie” sunt izolate unele de altele. Da, sunt izolate în funcție de nivelurile de energie. Conceptul de „nivel de energie” nu numai că împarte electronii în niveluri în funcție de energie, dar împarte și spațiul de orbită al electronilor în mai multe niveluri. Pe scurt, un atom poate avea mai multe niveluri de energie, iar niveluri diferite de energie corespund unor energii diferite; unii electroni orbitează la un „nivel de energie scăzut” iar unii electroni orbitează la un „nivel de energie ridicat”.
În zilele noastre, cărțile de fizică din gimnaziu au marcat în mod clar caracteristicile structurale ale anumitor atomi, regulile de distribuție a electronilor în fiecare strat de electroni și numărul de electroni la diferite niveluri de energie.
Într-un sistem atomic, electronii se mișcă practic în straturi, unii atomi la niveluri de energie ridicate și alții la niveluri de energie scăzute; deoarece atomii sunt întotdeauna afectați de mediul extern (temperatură, electricitate, magnetism), electronii de nivel înalt de energie sunt instabili și vor trece spontan la un nivel scăzut de energie, efectul său poate fi absorbit sau poate produce efecte speciale de excitare și poate provoca „ emisie spontană”. Prin urmare, în sistemul atomic, atunci când electronii de nivel înalt de energie trec la niveluri de energie scăzută, vor exista două manifestări: „emisia spontană” și „emisia stimulată”.
Radiația spontană, electronii în stări de înaltă energie sunt instabili și, afectați de mediul extern (temperatură, electricitate, magnetism), migrează spontan în stări de energie scăzută, iar excesul de energie este radiat sub formă de fotoni. Caracteristica acestui tip de radiație este că tranziția fiecărui electron se realizează independent și este aleatorie. Stările fotonilor de emisie spontană a diferiților electroni sunt diferite. Emisia spontană de lumină este într-o stare „incoerentă” și are direcții dispersate. Cu toate acestea, radiația spontană are caracteristicile atomilor înșiși, iar spectrele radiațiilor spontane ale diferiților atomi sunt diferite. Vorbind despre asta, le amintește oamenilor de cunoștințe de bază în fizică, „Orice obiect are capacitatea de a radia căldură, iar obiectul are capacitatea de a absorbi și emite continuu unde electromagnetice. Undele electromagnetice radiate de căldură au o anumită distribuție a spectrului. Acest spectru Distribuția este legată de proprietățile obiectului însuși și de temperatura acestuia.” Prin urmare, motivul existenței radiațiilor termice este emisia spontană de atomi.
În emisia stimulată, electronii de nivel înalt de energie trec la un nivel de energie scăzut sub „stimularea” sau „inducția” de „fotoni potriviți condițiilor” și radiază un foton de aceeași frecvență ca fotonul incident. Cea mai mare caracteristică a radiației stimulate este că fotonii generați de radiația stimulată au exact aceeași stare ca fotonii incidenti care generează radiația stimulată. Sunt într-o stare „coerentă”. Au aceeași frecvență și aceeași direcție și este complet imposibil să le distingem pe cele două. diferențe între acestea. În acest fel, un foton devine doi fotoni identici printr-o emisie stimulată. Aceasta înseamnă că lumina este intensificată sau „amplificată”.
Acum să analizăm din nou, ce condiții sunt necesare pentru a obține radiații stimulate din ce în ce mai frecvente?
În circumstanțe normale, numărul de electroni la niveluri mari de energie este întotdeauna mai mic decât numărul de electroni la niveluri scăzute de energie. Dacă doriți ca atomii să producă radiații stimulate, doriți să creșteți numărul de electroni la niveluri ridicate de energie, deci aveți nevoie de o „sursă de pompă”, al cărei scop este de a stimula mai mult Prea mulți electroni de nivel scăzut de energie sar la niveluri de energie ridicată. , astfel încât numărul de electroni de nivel înalt de energie va fi mai mare decât numărul de electroni de nivel scăzut de energie și va avea loc o „inversare a numărului de particule”. Prea mulți electroni de nivel înalt de energie pot rămâne doar pentru o perioadă foarte scurtă de timp. Timpul va sări la un nivel de energie mai scăzut, astfel încât posibilitatea de emisie stimulată a radiațiilor va crește.
Desigur, „sursa pompei” este setată pentru diferiți atomi. Face ca electronii să „rezoneze” și să permită mai multor electroni cu nivel de energie scăzut să sară la niveluri de energie ridicată. Cititorii pot înțelege, practic, ce este laserul? Cum se produce laserul? Laserul este „radiația luminoasă” care este „excitată” de atomii unui obiect sub acțiunea unei „surse de pompă” specifice. Acesta este laserul.
Ora postării: 27-mai-2024
