1. Princip generování laseru
Struktura atomu je jako malá sluneční soustava s atomovým jádrem uprostřed. Elektrony neustále rotují kolem atomového jádra a atomové jádro se také neustále otáčí.
Jádro se skládá z protonů a neutronů. Protony jsou kladně nabité a neutrony jsou nenabité. Počet kladných nábojů nesených celým jádrem se rovná počtu záporných nábojů nesených celými elektrony, takže atomy jsou obecně vůči vnějšímu světu neutrální.
Pokud jde o hmotnost atomu, jádro soustřeďuje většinu hmoty atomu a hmotnost obsazená všemi elektrony je velmi malá. V atomové struktuře zabírá jádro jen malý prostor. Elektrony rotují kolem jádra a elektrony mají mnohem větší prostor pro aktivitu.
Atomy mají „vnitřní energii“, která se skládá ze dvou částí: jednou je, že elektrony mají oběžnou rychlost a určitou kinetickou energii; druhý je, že mezi záporně nabitými elektrony a kladně nabitým jádrem je určitá vzdálenost a existuje určité množství potenciální energie. Součet kinetické energie a potenciální energie všech elektronů je energie celého atomu, která se nazývá vnitřní energie atomu.
Všechny elektrony rotují kolem jádra; někdy blíže k jádru je energie těchto elektronů menší; někdy dále od jádra je energie těchto elektronů větší; podle pravděpodobnosti výskytu lidé rozdělují elektronovou vrstvu na různé “ „Energetické hladiny“; Na určité „Energetické hladině“ může být více elektronů často obíhajících a každý elektron nemá pevnou dráhu, ale všechny tyto elektrony mají stejnou úroveň energie; „Úrovně energie“ jsou od sebe izolovány. Ano, jsou izolovány podle energetických úrovní. Pojem „energetická hladina“ nejen rozděluje elektrony na úrovně podle energie, ale také rozděluje obíhající prostor elektronů na více úrovní. Stručně řečeno, atom může mít více energetických úrovní a různé energetické úrovně odpovídají různým energiím; některé elektrony obíhají na „nízkoenergetické úrovni“ a některé elektrony obíhají na „vysoké energetické úrovni“.
V dnešních učebnicích fyziky na střední škole jsou jasně vyznačeny strukturální charakteristiky určitých atomů, pravidla distribuce elektronů v každé elektronové vrstvě a počet elektronů na různých energetických hladinách.
V atomovém systému se elektrony v podstatě pohybují ve vrstvách, přičemž některé atomy jsou na vysokých energetických hladinách a některé na nízkoenergetických; protože atomy jsou vždy ovlivňovány vnějším prostředím (teplota, elektřina, magnetismus), vysokoenergetické elektrony jsou nestabilní a spontánně přejdou na nízkou energetickou hladinu, její účinek může být absorbován nebo může vyvolat zvláštní excitační efekty a způsobit „ spontánní emise“. Proto v atomovém systému, když vysokoenergetické elektrony přecházejí na nízkoenergetické úrovně, nastanou dva projevy: „spontánní emise“ a „stimulovaná emise“.
Spontánní záření, elektrony ve vysokoenergetických stavech jsou nestabilní a vlivem vnějšího prostředí (teplota, elektřina, magnetismus) samovolně migrují do nízkoenergetických stavů a přebytečná energie je vyzařována ve formě fotonů. Charakteristikou tohoto druhu záření je, že přechod každého elektronu probíhá nezávisle a je náhodný. Fotonové stavy spontánní emise různých elektronů jsou různé. Spontánní emise světla je v „nekoherentním“ stavu a má rozptýlené směry. Spontánní záření má však vlastnosti samotných atomů a spektra spontánního záření různých atomů jsou různá. Když už o tom mluvíme, připomíná to lidem základní znalost fyziky: „Jakýkoli předmět má schopnost vyzařovat teplo a předmět má schopnost nepřetržitě absorbovat a vysílat elektromagnetické vlny. Elektromagnetické vlny vyzařované teplem mají určité rozložení spektra. Toto spektrum Rozložení souvisí s vlastnostmi samotného objektu a jeho teplotou.“ Proto je důvodem existence tepelného záření spontánní emise atomů.
Při stimulované emisi přecházejí elektrony s vysokou energií na úroveň s nízkou energií pod „stimulací“ nebo „indukcí“ „fotonů vhodných pro dané podmínky“ a vyzařují foton o stejné frekvenci jako dopadající foton. Největším rysem stimulovaného záření je, že fotony generované stimulovaným zářením mají přesně stejný stav jako dopadající fotony, které generují stimulované záření. Jsou v „koherentním“ stavu. Mají stejnou frekvenci a stejný směr a je naprosto nemožné je rozlišit. rozdíly mezi nimi. Tímto způsobem se jeden foton stane dvěma identickými fotony prostřednictvím jedné stimulované emise. To znamená, že světlo se zesílí, neboli „zesílí“.
Nyní znovu analyzujme, jaké podmínky jsou potřeba k získání stále častějšího stimulovaného záření?
Za normálních okolností je počet elektronů ve vysokých energetických hladinách vždy menší než počet elektronů v nízkoenergetických hladinách. Pokud chcete, aby atomy produkovaly stimulované záření, chcete zvýšit počet elektronů ve vysokých energetických hladinách, takže potřebujete „zdroj pumpy“, jehož účelem je stimulovat více Příliš mnoho elektronů s nízkou energií přeskočí na vysokoenergetické hladiny , takže počet elektronů s vysokou energií bude vyšší než počet elektronů s nízkou energií a dojde k „převrácení počtu částic“. Příliš mnoho vysokoenergetických elektronů může zůstat jen velmi krátkou dobu. Čas poskočí na nižší energetickou hladinu, takže se zvýší možnost stimulované emise záření.
Samozřejmě, že „zdroj čerpadla“ je nastaven pro různé atomy. To způsobí, že elektrony „rezonují“ a umožní více elektronům s nízkou energií přeskočit na úrovně s vysokou energií. Čtenáři mohou v podstatě pochopit, co je laser? Jak se vyrábí laser? Laser je „světelné záření“, které je „buzeno“ atomy předmětu působením specifického „zdroje čerpadla“. Tohle je laser.
Čas odeslání: 27. května 2024
