1. Lāzera ģenerēšanas princips
Atomu struktūra ir kā maza Saules sistēma, kuras vidū atrodas atoma kodols. Elektroni nepārtraukti griežas ap atoma kodolu, un arī atoma kodols pastāvīgi griežas.
Kodols sastāv no protoniem un neitroniem. Protoni ir pozitīvi uzlādēti, un neitroni ir neuzlādēti. Pozitīvo lādiņu skaits, ko nes viss kodols, ir vienāds ar negatīvo lādiņu skaitu, ko nes visi elektroni, tāpēc parasti atomi ir neitrāli pret ārpasauli.
Ciktāl tas attiecas uz atoma masu, kodols koncentrē lielāko daļu atoma masas, un visu elektronu aizņemtā masa ir ļoti maza. Atomu struktūrā kodols aizņem tikai nelielu vietu. Elektroni griežas ap kodolu, un elektroniem ir daudz lielāka telpa darbībai.
Atomiem ir “iekšējā enerģija”, kas sastāv no divām daļām: viena ir tā, ka elektroniem ir orbītas ātrums un noteikta kinētiskā enerģija; otrs ir tas, ka starp negatīvi lādētajiem elektroniem un pozitīvi lādēto kodolu ir attālums, un ir noteikts daudzums potenciālās enerģijas. Visu elektronu kinētiskās enerģijas un potenciālās enerģijas summa ir visa atoma enerģija, ko sauc par atoma iekšējo enerģiju.
Visi elektroni griežas ap kodolu; dažreiz tuvāk kodolam šo elektronu enerģija ir mazāka; dažreiz tālāk no kodola šo elektronu enerģija ir lielāka; pēc rašanās varbūtības cilvēki sadala elektronu slāni dažādos “enerģijas līmeņos”; Noteiktā “enerģijas līmenī” var būt vairāki elektroni, kas bieži riņķo orbītā, un katram elektronam nav noteiktas orbītas, taču visiem šiem elektroniem ir vienāds enerģijas līmenis; “Enerģijas līmeņi” ir izolēti viens no otra. Jā, tie ir izolēti atbilstoši enerģijas līmeņiem. Jēdziens “enerģijas līmenis” ne tikai sadala elektronus līmeņos atbilstoši enerģijai, bet arī sadala elektronu orbītas telpu vairākos līmeņos. Īsāk sakot, atomam var būt vairāki enerģijas līmeņi, un dažādi enerģijas līmeņi atbilst dažādām enerģijām; daži elektroni riņķo ap "zemu enerģijas līmeni", un daži elektroni riņķo pie "augsta enerģijas līmeņa".
Mūsdienās vidusskolas fizikas grāmatās ir skaidri iezīmētas atsevišķu atomu struktūras īpašības, elektronu sadalījuma noteikumi katrā elektronu slānī un elektronu skaits dažādos enerģijas līmeņos.
Atomu sistēmā elektroni pamatā pārvietojas slāņos, daži atomi ir augstā enerģijas līmenī un daži zemā enerģijas līmenī; jo atomus vienmēr ietekmē ārējā vide (temperatūra, elektrība, magnētisms), augsta enerģijas līmeņa elektroni ir nestabili un spontāni pāriet uz zemu enerģijas līmeni, tā iedarbība var tikt absorbēta, vai arī tas var radīt īpašus ierosmes efektus un izraisīt “ spontāna emisija”. Tāpēc atomu sistēmā, augsta enerģijas līmeņa elektroniem pārejot uz zemas enerģijas līmeņiem, būs divas izpausmes: “spontānā emisija” un “stimulētā emisija”.
Spontānais starojums, elektroni augstas enerģijas stāvokļos ir nestabili un ārējās vides (temperatūras, elektrības, magnētisma) ietekmē spontāni migrē uz zemas enerģijas stāvokļiem, un liekā enerģija tiek izstarota fotonu veidā. Šāda veida starojuma īpašība ir tāda, ka katra elektrona pāreja tiek veikta neatkarīgi un ir nejauša. Dažādu elektronu spontānās emisijas fotonu stāvokļi ir atšķirīgi. Spontāna gaismas emisija ir “nesakarīgā” stāvoklī, un tai ir izkliedēti virzieni. Tomēr spontānajam starojumam ir pašu atomu īpašības, un dažādu atomu spontānā starojuma spektri ir atšķirīgi. Runājot par to, tas atgādina cilvēkiem par pamatzināšanām fizikā: “Jebkuram objektam ir spēja izstarot siltumu, un objektam ir spēja nepārtraukti absorbēt un izstarot elektromagnētiskos viļņus. Siltuma izstarotajiem elektromagnētiskajiem viļņiem ir noteikts spektra sadalījums. Šis spektrs Sadalījums ir saistīts ar paša objekta īpašībām un tā temperatūru. Tāpēc termiskā starojuma pastāvēšanas iemesls ir spontāna atomu emisija.
Stimulētajā emisijā augsta enerģijas līmeņa elektroni pāriet uz zemas enerģijas līmeni "apstākļiem piemērotu fotonu" "stimulācijas" vai "indukcijas" rezultātā un izstaro fotonu ar tādu pašu frekvenci kā krītošais fotons. Lielākā stimulētā starojuma iezīme ir tāda, ka stimulētā starojuma radītajiem fotoniem ir tieši tāds pats stāvoklis kā krītošajiem fotoniem, kas rada stimulēto starojumu. Tie ir “saskaņotā” stāvoklī. Tiem ir vienāda frekvence un viens virziens, un tos divus nav iespējams atšķirt. atšķirības starp tām. Tādā veidā viens fotons kļūst par diviem identiskiem fotoniem, izmantojot vienu stimulētu emisiju. Tas nozīmē, ka gaisma tiek pastiprināta jeb “pastiprināta”.
Tagad vēlreiz analizēsim, kādi apstākļi ir nepieciešami, lai iegūtu arvien biežāku stimulēto starojumu?
Normālos apstākļos elektronu skaits augstos enerģijas līmeņos vienmēr ir mazāks par elektronu skaitu zemā enerģijas līmenī. Ja vēlaties, lai atomi radītu stimulētu starojumu, jūs vēlaties palielināt elektronu skaitu augstos enerģijas līmeņos, tāpēc jums ir nepieciešams "sūkņa avots", kura mērķis ir stimulēt vairāk Pārāk daudz zema enerģijas līmeņa elektronu pāriet uz augstu enerģijas līmeni , tāpēc augsta enerģijas līmeņa elektronu skaits būs lielāks nekā zema enerģijas līmeņa elektronu skaits, un notiks “daļiņu skaita maiņa”. Pārāk daudz augsta enerģijas līmeņa elektronu var palikt tikai ļoti īsu laiku. Laiks lēks uz zemāku enerģijas līmeni, tāpēc palielināsies stimulētās starojuma emisijas iespēja.
Protams, “sūkņa avots” ir iestatīts dažādiem atomiem. Tas liek elektroniem “rezonēt” un ļauj vairāk zema enerģijas līmeņa elektroniem pāriet uz augsta enerģijas līmeni. Lasītāji būtībā var saprast, kas ir lāzers? Kā tiek ražots lāzers? Lāzers ir “gaismas starojums”, ko “uzbudina” objekta atomi konkrēta “sūkņa avota” iedarbībā. Tas ir lāzers.
Izsūtīšanas laiks: 2024. gada 27. maijs
