1. Принцип лазерної генерації
Атомна структура схожа на маленьку сонячну систему з атомним ядром посередині. Електрони постійно обертаються навколо атомного ядра, і атомне ядро також постійно обертається.
Ядро складається з протонів і нейтронів. Протони заряджені позитивно, а нейтрони незаряджені. Кількість позитивних зарядів, які несуть усе ядро, дорівнює кількості негативних зарядів, які несуть усі електрони, тому зазвичай атоми нейтральні до зовнішнього світу.
Що стосується маси атома, то ядро зосереджує більшу частину маси атома, а маса, яку займають усі електрони, дуже мала. У структурі атома ядро займає невелику площу. Електрони обертаються навколо ядра, і електрони мають набагато більший простір для активності.
Атоми мають «внутрішню енергію», яка складається з двох частин: одна полягає в тому, що електрони мають орбітальну швидкість і певну кінетичну енергію; інший полягає в тому, що існує відстань між негативно зарядженими електронами та позитивно зарядженим ядром, і існує певна кількість потенційної енергії. Сума кінетичної та потенціальної енергії всіх електронів становить енергію всього атома, яку називають внутрішньою енергією атома.
Усі електрони обертаються навколо ядра; іноді ближче до ядра енергія цих електронів менша; іноді далі від ядра енергія цих електронів більша; відповідно до ймовірності появи, люди поділяють електронний шар на різні “Рівні енергії”; На певному «енергетичному рівні» може бути кілька електронів, які часто обертаються, і кожен електрон не має фіксованої орбіти, але всі ці електрони мають однаковий рівень енергії; «Рівні енергії» ізольовані один від одного. Так, вони ізольовані за рівнями енергії. Концепція «енергетичного рівня» не тільки поділяє електрони на рівні відповідно до енергії, але також ділить орбітальний простір електронів на кілька рівнів. Коротше кажучи, атом може мати кілька енергетичних рівнів, і різні енергетичні рівні відповідають різним енергіям; деякі електрони обертаються на «низькому рівні енергії», а деякі електрони обертаються на «високому рівні енергії».
Зараз у підручниках з фізики для середньої школи чітко позначені структурні характеристики певних атомів, правила розподілу електронів у кожному електронному шарі та кількість електронів на різних рівнях енергії.
В атомній системі електрони в основному рухаються шарами, причому деякі атоми мають високі рівні енергії, а деякі – низькі; оскільки на атоми завжди впливає зовнішнє середовище (температура, електрика, магнетизм), електрони високого енергетичного рівня є нестабільними та спонтанно переходять на низький енергетичний рівень, його ефект може бути поглинений, або він може викликати особливі ефекти збудження та викликати “ спонтанне випромінювання». Тому в атомній системі при переході електронів високого енергетичного рівня на низькоенергетичні рівні буде два прояви: «спонтанне випромінювання» і «вимушене випромінювання».
Спонтанне випромінювання, електрони у високоенергетичних станах нестабільні і під впливом зовнішнього середовища (температура, електрика, магнетизм) спонтанно мігрують у низькоенергетичні стани, а надлишок енергії випромінюється у вигляді фотонів. Особливістю цього виду випромінювання є те, що перехід кожного електрона здійснюється незалежно і є випадковим. Стани фотонів спонтанного випромінювання різних електронів різні. Спонтанне випромінювання світла знаходиться в «некогерентному» стані і має розсіяні напрямки. Однак спонтанне випромінювання має характеристики самих атомів, і спектри спонтанного випромінювання різних атомів різні. Говорячи про це, це нагадує людям базові знання з фізики: «Будь-який об’єкт має здатність випромінювати тепло, і об’єкт має здатність постійно поглинати та випромінювати електромагнітні хвилі. Електромагнітні хвилі, що випромінюються теплом, мають певний розподіл спектру. Цей спектр розподілу пов’язаний із властивостями самого об’єкта та його температурою». Отже, причиною існування теплового випромінювання є спонтанне випромінювання атомів.
У стимульованому випромінюванні електрони високого рівня енергії переходять на рівень низької енергії під «стимуляцією» або «індукцією» «фотонів, які відповідають умовам» і випромінюють фотон тієї ж частоти, що й падаючий фотон. Найбільшою особливістю стимульованого випромінювання є те, що фотони, створені стимульованим випромінюванням, мають точно такий же стан, як і падаючі фотони, які генерують стимульоване випромінювання. Вони знаходяться в «узгодженому» стані. Вони мають однакову частоту й однаковий напрямок, і розрізнити їх абсолютно неможливо. відмінності між тими. Таким чином, один фотон стає двома ідентичними фотонами через одне стимульоване випромінювання. Це означає, що світло посилюється або «посилюється».
А тепер давайте ще раз проаналізуємо, які умови необхідні для отримання все більш частого стимульованого випромінювання?
За нормальних обставин кількість електронів на високих енергетичних рівнях завжди менша, ніж кількість електронів на низьких енергетичних рівнях. Якщо ви хочете, щоб атоми створювали стимульоване випромінювання, ви хочете збільшити кількість електронів на високих енергетичних рівнях, тому вам потрібен «джерело насоса», метою якого є стимулювання більшої кількості електронів з низьким рівнем енергії, що переходять на рівні з високою енергією. , тому кількість електронів високого енергетичного рівня буде більшою, ніж кількість електронів низького енергетичного рівня, і відбудеться «зміна числа частинок». Занадто багато електронів високого енергетичного рівня можуть залишатися лише дуже короткий час. Час перескочить на нижчий енергетичний рівень, тому ймовірність вимушеного випромінювання радіації збільшиться.
Звичайно, «джерело насоса» встановлюється для різних атомів. Це змушує електрони «резонувати» і дозволяє більшій кількості електронів з низьким рівнем енергії переходити на рівні з високою енергією. Читачі можуть зрозуміти, що таке лазер? Як виготовляється лазер? Лазер – це «світлове випромінювання», яке «збуджується» атомами об’єкта під дією певного «джерела накачування». Це лазер.
Час публікації: 27 травня 2024 р
