1. Prinsipp for lasergenerering
Atomstrukturen er som et lite solsystem, med atomkjernen i midten. Elektronene roterer konstant rundt atomkjernen, og atomkjernen roterer også konstant.
Kjernen består av protoner og nøytroner. Protoner er positivt ladede og nøytroner er uladede. Antall positive ladninger som bæres av hele kjernen er lik antall negative ladninger som bæres av alle elektronene, så generelt er atomer nøytrale til omverdenen.
Når det gjelder atomets masse, konsentrerer kjernen mesteparten av atomets masse, og massen som opptas av alle elektronene er svært liten. I atomstrukturen opptar kjernen bare en liten plass. Elektronene roterer rundt kjernen, og elektronene har et mye større område for aktivitet.
Atomer har «indre energi», som består av to deler: den ene er at elektronene har en banehastighet og en viss kinetisk energi; den andre er at det er en avstand mellom de negativt ladede elektronene og den positivt ladede kjernen, og det er en viss mengde potensiell energi. Summen av den kinetiske energien og den potensielle energien til alle elektronene er energien til hele atomet, som kalles atomets indre energi.
Alle elektroner roterer rundt kjernen; noen ganger nærmere kjernen er energien til disse elektronene mindre; noen ganger lenger unna kjernen er energien til disse elektronene større; i henhold til sannsynligheten for forekomst deler folk elektronlaget inn i forskjellige "energinivåer"; På et visst "energinivå" kan det være flere elektroner som går i bane ofte, og hvert elektron har ikke en fast bane, men disse elektronene har alle samme energinivå; "energinivåer" er isolert fra hverandre. Ja, de er isolert i henhold til energinivåer. Konseptet "energinivå" deler ikke bare elektroner inn i nivåer i henhold til energi, men deler også elektronenes bane i flere nivåer. Kort sagt, et atom kan ha flere energinivåer, og forskjellige energinivåer tilsvarer forskjellige energier; noen elektroner går i bane på et "lavt energinivå" og noen elektroner går i bane på et "høyt energinivå".
Nå til dags har fysikkbøker for ungdomsskolen tydelig markert de strukturelle egenskapene til visse atomer, reglene for elektronfordeling i hvert elektronlag og antall elektroner på forskjellige energinivåer.
I et atomsystem beveger elektroner seg i hovedsak i lag, med noen atomer på høye energinivåer og noen på lave energinivåer. Fordi atomer alltid påvirkes av det ytre miljøet (temperatur, elektrisitet, magnetisme), er elektroner på høyt energinivå ustabile og vil spontant gå over til et lavt energinivå, effekten kan absorberes, eller de kan produsere spesielle eksitasjonseffekter og forårsake "spontan emisjon". Derfor, i atomsystemet, når elektroner på høyt energinivå går over til lavenerginivåer, vil det være to manifestasjoner: "spontan emisjon" og "stimulert emisjon".
Spontan stråling, elektroner i høyenergitilstander er ustabile og, påvirket av det ytre miljøet (temperatur, elektrisitet, magnetisme), migrerer spontant til lavenergitilstander, og overskuddsenergi utstråles i form av fotoner. Det karakteristiske ved denne typen stråling er at overgangen til hvert elektron utføres uavhengig og er tilfeldig. Fotontilstandene for spontan emisjon av forskjellige elektroner er forskjellige. Den spontane emisjonen av lys er i en "usammenhengende" tilstand og har spredte retninger. Imidlertid har spontan stråling egenskapene til atomene selv, og spektrene for spontan stråling av forskjellige atomer er forskjellige. Når vi snakker om dette, minner det folk om grunnleggende kunnskap i fysikk: "Ethvert objekt har evnen til å utstråle varme, og objektet har evnen til kontinuerlig å absorbere og sende ut elektromagnetiske bølger. De elektromagnetiske bølgene som utstråles av varme har en viss spektrumfordeling. Dette spektrumfordelingen er relatert til egenskapene til selve objektet og dets temperatur." Derfor er årsaken til eksistensen av termisk stråling den spontane emisjonen av atomer.
Ved stimulert emisjon går elektroner med høyt energinivå over til et lavt energinivå under «stimulering» eller «induksjon» av «fotoner som er egnet for forholdene» og utstråler et foton med samme frekvens som det innfallende fotonet. Det viktigste trekket ved stimulert stråling er at fotonene som genereres av stimulert stråling har nøyaktig samme tilstand som de innfallende fotonene som genererer stimulert stråling. De er i en «koherent» tilstand. De har samme frekvens og samme retning, og det er fullstendig umulig å skille de to forskjellene mellom dem. På denne måten blir ett foton til to identiske fotoner gjennom én stimulert emisjon. Dette betyr at lyset intensiveres, eller «forsterkes».
La oss nå analysere igjen, hvilke betingelser er nødvendige for å oppnå mer og hyppigere stimulert stråling?
Under normale omstendigheter er antallet elektroner ved høye energinivåer alltid mindre enn antallet elektroner ved lave energinivåer. Hvis du vil at atomer skal produsere stimulert stråling, vil du øke antallet elektroner ved høye energinivåer, så du trenger en "pumpekilde", hvis formål er å stimulere flere. For mange elektroner ved lavenerginivå hopper til høyenerginivåer, så antallet elektroner ved høyenerginivå vil være mer enn antallet elektroner ved lavenerginivå, og det vil oppstå en "partikkelnummerreversering". For mange elektroner ved høyenerginivå kan bare forbli i en svært kort periode. Tiden vil hoppe til et lavere energinivå, så muligheten for stimulert emisjon av stråling vil øke.
Selvfølgelig er «pumpekilden» satt for forskjellige atomer. Den får elektronene til å «resonere» og lar flere lavenergielektroner hoppe til høyenerginivåer. Leserne kan i utgangspunktet forstå hva laser er? Hvordan produseres laser? Laser er «lysstråling» som «eksiteres» av atomene i et objekt under påvirkning av en spesifikk «pumpekilde». Dette er laser.
Publisert: 27. mai 2024
