1. Princippet for lasergenerering
Atomstrukturen er som et lille solsystem med atomkernen i midten. Elektronerne roterer konstant omkring atomkernen, og atomkernen roterer også konstant.
Kernen består af protoner og neutroner. Protoner er positivt ladede, og neutroner er uladede. Antallet af positive ladninger, som hele kernen bærer, er lig med antallet af negative ladninger, som alle elektronerne bærer, så generelt er atomer neutrale i forhold til omverdenen.
Hvad angår et atoms masse, koncentrerer kernen det meste af atomets masse, og den masse, der optages af alle elektroner, er meget lille. I atomstrukturen optager kernen kun en lille plads. Elektronerne roterer omkring kernen, og elektronerne har et meget større rum til aktivitet.
Atomer har "indre energi", som består af to dele: den ene er, at elektronerne har en kredsløbshastighed og en bestemt kinetisk energi; den anden er, at der er en afstand mellem de negativt ladede elektroner og den positivt ladede kerne, og der er en bestemt mængde potentiel energi. Summen af den kinetiske energi og potentielle energi for alle elektroner er hele atomets energi, som kaldes atomets indre energi.
Alle elektroner roterer omkring kernen; nogle gange tættere på kernen er elektronernes energi mindre; nogle gange længere væk fra kernen er elektronernes energi større; afhængigt af sandsynligheden for forekomst opdeler folk elektronlaget i forskellige "energiniveauer"; På et bestemt "energiniveau" kan der være flere elektroner, der kredser ofte, og hver elektron har ikke en fast bane, men disse elektroner har alle det samme energiniveau; "energiniveauer" er isoleret fra hinanden. Ja, de er isoleret i henhold til energiniveauer. Begrebet "energiniveau" opdeler ikke kun elektroner i niveauer i henhold til energi, men opdeler også elektronernes kredsløbsrum i flere niveauer. Kort sagt kan et atom have flere energiniveauer, og forskellige energiniveauer svarer til forskellige energier; nogle elektroner kredser på et "lavt energiniveau", og nogle elektroner kredser på et "højt energiniveau".
Nu om dage har fysikbøger til folkeskolen tydeligt markeret de strukturelle egenskaber ved visse atomer, reglerne for elektronfordeling i hvert elektronlag og antallet af elektroner på forskellige energiniveauer.
I et atomsystem bevæger elektroner sig grundlæggende i lag, med nogle atomer ved høje energiniveauer og nogle ved lave energiniveauer. Fordi atomer altid påvirkes af det ydre miljø (temperatur, elektricitet, magnetisme), er elektroner med højt energiniveau ustabile og vil spontant overgå til et lavt energiniveau, deres effekt kan absorberes, eller de kan producere særlige excitationseffekter og forårsage "spontan emission". Derfor vil der i det atomare system være to manifestationer, når elektroner med højt energiniveau overgår til lave energiniveauer: "spontan emission" og "stimuleret emission".
Spontan stråling, elektroner i højenergitilstande er ustabile og påvirket af det ydre miljø (temperatur, elektricitet, magnetisme), migrerer spontant til lavenergitilstande, og overskydende energi udstråles i form af fotoner. Det karakteristiske ved denne type stråling er, at overgangen for hver elektron udføres uafhængigt og er tilfældig. Fotontilstandene for spontan emission af forskellige elektroner er forskellige. Den spontane emission af lys er i en "usammenhængende" tilstand og har spredte retninger. Imidlertid har spontan stråling atomernes egne karakteristika, og spektrene af spontan stråling fra forskellige atomer er forskellige. Når man taler om dette, minder det folk om en grundlæggende viden i fysik: "Ethvert objekt har evnen til at udstråle varme, og objektet har evnen til kontinuerligt at absorbere og udsende elektromagnetiske bølger. De elektromagnetiske bølger, der udstråles af varme, har en bestemt spektrumfordeling. Denne spektrumfordeling er relateret til selve objektets egenskaber og dets temperatur." Derfor er årsagen til eksistensen af termisk stråling den spontane emission af atomer.
Ved stimuleret emission overgår elektroner med højt energiniveau til et lavt energiniveau under "stimulering" eller "induktion" af "fotoner, der er egnede til forholdene" og udstråler en foton med samme frekvens som den indfaldende foton. Det største træk ved stimuleret stråling er, at de fotoner, der genereres af stimuleret stråling, har nøjagtig samme tilstand som de indfaldende fotoner, der genererer stimuleret stråling. De er i en "kohærent" tilstand. De har samme frekvens og samme retning, og det er fuldstændig umuligt at skelne mellem de to forskelle. På denne måde bliver én foton til to identiske fotoner gennem én stimuleret emission. Det betyder, at lyset intensiveres eller "forstærkes".
Lad os nu analysere igen, hvilke betingelser er nødvendige for at opnå mere og hyppigere stimuleret stråling?
Under normale omstændigheder er antallet af elektroner ved høje energiniveauer altid mindre end antallet af elektroner ved lave energiniveauer. Hvis du vil have atomer til at producere stimuleret stråling, skal du øge antallet af elektroner ved høje energiniveauer, så du har brug for en "pumpekilde", hvis formål er at stimulere flere. For mange elektroner ved lavenerginiveau hopper til højenerginiveauer, så antallet af elektroner ved højenerginiveau vil være mere end antallet af elektroner ved lavenerginiveau, og der vil forekomme en "partikelantalsvending". For mange elektroner ved højenerginiveau kan kun forblive i meget kort tid. Tiden vil hoppe til et lavere energiniveau, så muligheden for stimuleret emission af stråling vil øges.
Selvfølgelig er "pumpekilden" indstillet til forskellige atomer. Den får elektronerne til at "resonere" og tillader flere elektroner med lavt energiniveau at hoppe til høje energiniveauer. Læserne kan grundlæggende forstå, hvad en laser er? Hvordan produceres en laser? Laser er "lysstråling", der "exciteres" af atomerne i et objekt under påvirkning af en specifik "pumpekilde". Dette er laser.
Opslagstidspunkt: 27. maj 2024
