1. Принцип генерации лазера
Атомная структура подобна маленькой солнечной системе с атомным ядром посередине. Электроны постоянно вращаются вокруг атомного ядра, и атомное ядро тоже постоянно вращается.
Ядро состоит из протонов и нейтронов. Протоны заряжены положительно, а нейтроны незаряжены. Число положительных зарядов, переносимых всем ядром, равно числу отрицательных зарядов, переносимых всеми электронами, поэтому обычно атомы нейтральны по отношению к внешнему миру.
Что касается массы атома, то ядро концентрирует большую часть массы атома, а масса, занимаемая всеми электронами, очень мала. В атомной структуре ядро занимает лишь небольшое пространство. Электроны вращаются вокруг ядра, и у электронов гораздо больше пространства для активности.
Атомы обладают «внутренней энергией», которая состоит из двух частей: первая заключается в том, что электроны имеют орбитальную скорость и определенную кинетическую энергию; во-вторых, между отрицательно заряженными электронами и положительно заряженным ядром существует расстояние и существует определенное количество потенциальной энергии. Сумма кинетической энергии и потенциальной энергии всех электронов составляет энергию всего атома, называемую внутренней энергией атома.
Все электроны вращаются вокруг ядра; иногда ближе к ядру энергия этих электронов меньше; иногда дальше от ядра энергия этих электронов больше; в зависимости от вероятности возникновения люди делят электронный слой на разные «Уровни энергии»; На определенном «энергетическом уровне» может часто вращаться несколько электронов, и каждый электрон не имеет фиксированной орбиты, но все эти электроны имеют одинаковый уровень энергии; «Энергетические уровни» изолированы друг от друга. Да, они изолированы по энергетическим уровням. Концепция «энергетического уровня» не только делит электроны на уровни в зависимости от энергии, но также делит орбитальное пространство электронов на несколько уровней. Короче говоря, атом может иметь несколько энергетических уровней, и разные уровни энергии соответствуют разным энергиям; некоторые электроны вращаются на «низком энергетическом уровне», а некоторые электроны вращаются на «высоком энергетическом уровне».
В настоящее время в учебниках физики для средней школы четко обозначены структурные характеристики тех или иных атомов, правила распределения электронов в каждом электронном слое, а также количество электронов на разных энергетических уровнях.
В атомной системе электроны в основном движутся слоями, причем некоторые атомы находятся на высоких энергетических уровнях, а некоторые — на низких энергетических уровнях; Поскольку на атомы всегда влияет внешняя среда (температура, электричество, магнетизм), электроны с высоким энергетическим уровнем нестабильны и будут спонтанно переходить на низкий энергетический уровень, его эффект может быть поглощен или может вызвать особые эффекты возбуждения и вызвать « спонтанное излучение». Поэтому в атомной системе при переходе электронов с высоких энергетических уровней на низкоэнергетические уровни будет два проявления: «спонтанная эмиссия» и «вынужденная эмиссия».
Спонтанное излучение, электроны в высокоэнергетических состояниях неустойчивы и под воздействием внешней среды (температуры, электричества, магнетизма) самопроизвольно мигрируют в низкоэнергетические состояния, а избыточная энергия излучается в виде фотонов. Особенностью этого вида излучения является то, что переход каждого электрона осуществляется независимо и носит случайный характер. Фотонные состояния спонтанного испускания разных электронов различны. Спонтанное излучение света находится в «некогерентном» состоянии и имеет рассеянные направления. Однако спонтанное излучение имеет характеристики самих атомов, и спектры спонтанного излучения разных атомов различны. Говоря об этом, это напоминает людям базовые знания в физике: «Любой объект обладает способностью излучать тепло, и объект обладает способностью непрерывно поглощать и излучать электромагнитные волны. Электромагнитные волны, излучаемые теплом, имеют определенное спектральное распределение. Распределение этого спектра связано со свойствами самого объекта и его температурой». Следовательно, причиной существования теплового излучения является спонтанное излучение атомов.
При вынужденном излучении электроны с высокоэнергетическим уровнем переходят на низкоэнергетический уровень под действием «стимуляции» или «индукции» «фотонов, подходящих для условий» и излучают фотон той же частоты, что и падающий фотон. Самая большая особенность стимулированного излучения заключается в том, что фотоны, генерируемые стимулирующим излучением, имеют точно такое же состояние, как и падающие фотоны, генерирующие стимулированное излучение. Они находятся в «когерентном» состоянии. Они имеют одинаковую частоту и одинаковое направление, и различить их совершенно невозможно. различия между ними. Таким образом, один фотон становится двумя идентичными фотонами в результате одного стимулированного излучения. Это означает, что свет усиливается или «усиливается».
Теперь еще раз проанализируем, какие условия необходимы для того, чтобы получать все более частое стимулированное излучение?
В нормальных условиях количество электронов на высоких энергетических уровнях всегда меньше, чем количество электронов на низких энергетических уровнях. Если вы хотите, чтобы атомы производили стимулированное излучение, вы хотите увеличить количество электронов на высоких энергетических уровнях, поэтому вам нужен «источник накачки», цель которого — стимулировать больше. Слишком много электронов с низкоэнергетических уровней переходят на высокоэнергетические уровни. , поэтому число электронов на высоких энергетических уровнях будет больше, чем количество электронов на низкоэнергетических уровнях, и произойдет «переворот числа частиц». Слишком много электронов с высокими энергиями могут оставаться на поверхности лишь очень короткое время. Время перейдет на более низкий энергетический уровень, поэтому возможность стимулированного излучения увеличится.
Разумеется, «источник накачки» задан для разных атомов. Это заставляет электроны «резонировать» и позволяет большему количеству электронов с низкими уровнями энергии перейти на уровни с высокими энергиями. Читатели в принципе могут понять, что такое лазер? Как производят лазер? Лазер – это «световое излучение», которое «возбуждается» атомами объекта под действием определенного «источника накачки». Это лазер.
Время публикации: 27 мая 2024 г.
