1. Princip laserske generacije
Atomska struktura je poput malog Sunčevog sustava, s atomskom jezgrom u sredini. Elektroni se stalno okreću oko atomske jezgre, a i atomska jezgra se stalno okreće.
Jezgra se sastoji od protona i neutrona. Protoni su pozitivno nabijeni, a neutroni su nenabijeni. Broj pozitivnih naboja koje nosi cijela jezgra jednak je broju negativnih naboja koje nose svi elektroni, pa su atomi općenito neutralni prema vanjskom svijetu.
Što se tiče mase atoma, jezgra koncentrira većinu mase atoma, a masa koju zauzimaju svi elektroni je vrlo mala. U atomskoj strukturi jezgra zauzima samo mali prostor. Elektroni se okreću oko jezgre, a elektroni imaju puno veći prostor za aktivnost.
Atomi imaju „unutarnju energiju“ koja se sastoji od dva dijela: jedan je da elektroni imaju orbitalnu brzinu i određenu kinetičku energiju; drugi je da postoji udaljenost između negativno nabijenih elektrona i pozitivno nabijene jezgre te da postoji određena količina potencijalne energije. Zbroj kinetičke energije i potencijalne energije svih elektrona je energija cijelog atoma, koja se naziva unutarnja energija atoma.
Svi elektroni rotiraju oko jezgre; ponekad bliže jezgri, energija tih elektrona je manja; ponekad dalje od jezgre, energija tih elektrona je veća; prema vjerojatnosti pojave, ljudi dijele elektronski sloj na različite "energetske razine"; na određenoj "energetskoj razini" može postojati više elektrona koji često kruže, a svaki elektron nema fiksnu orbitu, ali svi ti elektroni imaju istu razinu energije; "energetske razine" su međusobno izolirane. Da, izolirane su prema energetskim razinama. Koncept "energetske razine" ne samo da dijeli elektrone na razine prema energiji, već i dijeli orbitalni prostor elektrona na više razina. Ukratko, atom može imati više energetskih razina, a različite energetske razine odgovaraju različitim energijama; neki elektroni kruže na "niskoj energetskoj razini", a neki elektroni kruže na "visokoj energetskoj razini".
Danas udžbenici fizike za osnovne škole jasno označavaju strukturne karakteristike određenih atoma, pravila raspodjele elektrona u svakom elektronskom sloju i broj elektrona na različitim energetskim razinama.
U atomskom sustavu, elektroni se u osnovi kreću u slojevima, s nekim atomima na visokim, a nekim na niskim energetskim razinama; budući da na atome uvijek utječe vanjska okolina (temperatura, elektricitet, magnetizam), elektroni na visokim energetskim razinama su nestabilni i spontano prijelaze na nisku energetsku razinu, njihov učinak može biti apsorbiran ili mogu proizvesti posebne efekte pobuđivanja i uzrokovati „spontanu emisiju“. Stoga će u atomskom sustavu, kada elektroni na visokim energetskim razinama prijeđu na niske energetske razine, postojati dvije manifestacije: „spontana emisija“ i „stimulirana emisija“.
Spontano zračenje, elektroni u visokoenergetskim stanjima su nestabilni i, pod utjecajem vanjskog okruženja (temperature, elektriciteta, magnetizma), spontano migriraju u niskoenergetska stanja, a višak energije se zrači u obliku fotona. Karakteristika ove vrste zračenja je da se prijelaz svakog elektrona provodi neovisno i slučajan je. Stanja fotona spontane emisije različitih elektrona su različita. Spontana emisija svjetlosti je u "nekoherentnom" stanju i ima raspršene smjerove. Međutim, spontano zračenje ima karakteristike samih atoma, a spektri spontanog zračenja različitih atoma su različiti. Govoreći o tome, podsjeća ljude na osnovno znanje iz fizike: "Svaki objekt ima sposobnost zračenja topline, a objekt ima sposobnost kontinuirano apsorbirati i emitirati elektromagnetske valove. Elektromagnetski valovi koje zrači toplina imaju određenu raspodjelu spektra. Ova raspodjela spektra povezana je sa svojstvima samog objekta i njegovom temperaturom." Stoga je razlog postojanja toplinskog zračenja spontana emisija atoma.
U stimuliranoj emisiji, elektroni visoke energetske razine prelaze na nisku energetsku razinu pod "stimulacijom" ili "indukcijom" "fotona pogodnih za uvjete" i zrače foton iste frekvencije kao i upadni foton. Najveća značajka stimuliranog zračenja je da fotoni generirani stimuliranim zračenjem imaju potpuno isto stanje kao i upadni fotoni koji generiraju stimulirano zračenje. Nalaze se u "koherentnom" stanju. Imaju istu frekvenciju i isti smjer, te je potpuno nemoguće razlikovati te dvije razlike. Na taj način, jedan foton postaje dva identična fotona kroz jednu stimuliranu emisiju. To znači da se svjetlost pojačava ili "pojačava".
Sada ponovno analizirajmo, koji su uvjeti potrebni da bi se dobilo sve češće i češće stimulirano zračenje?
U normalnim okolnostima, broj elektrona na visokim energetskim razinama uvijek je manji od broja elektrona na niskim energetskim razinama. Ako želite da atomi proizvode stimulirano zračenje, želite povećati broj elektrona na visokim energetskim razinama, pa vam je potreban "izvor pumpe" čija je svrha stimulirati više... Previše elektrona na niskim energetskim razinama skače na visoke energetske razine, pa će broj elektrona na visokim energetskim razinama biti veći od broja elektrona na niskim energetskim razinama i doći će do "obrtanja broja čestica". Previše elektrona na visokim energetskim razinama može ostati samo vrlo kratko vrijeme. Vrijeme će skočiti na nižu energetsku razinu, pa će se povećati mogućnost stimuliranog zračenja.
Naravno, „izvor pumpanja“ je postavljen za različite atome. On uzrokuje „rezonancu“ elektrona i omogućuje većem broju elektrona s niskoenergetskih razina da skoče na visokoenergetske razine. Čitatelji mogu u osnovi razumjeti što je laser? Kako se laser proizvodi? Laser je „svjetlosno zračenje“ koje „pobuđuju“ atomi objekta pod djelovanjem specifičnog „izvora pumpanja“. To je laser.
Vrijeme objave: 27. svibnja 2024.
