1. A lézergenerálás elve
Az atomszerkezet egy kis naprendszerhez hasonlít, középen az atommaggal. Az elektronok folyamatosan forognak az atommag körül, és az atommag is folyamatosan forog.
Az atommag protonokból és neutronokból áll. A protonok pozitív töltésűek, a neutronok pedig töltetlenek. Az atommag által hordozott pozitív töltések száma megegyezik az összes elektron által hordozott negatív töltések számával, így az atomok általában semlegesek a külvilággal szemben.
Ami az atom tömegét illeti, az atommagban koncentrálódik az atom tömegének nagy része, és az összes elektron által elfoglalt tömeg nagyon kicsi. Az atomszerkezetben az atommag csak kis helyet foglal el. Az elektronok a mag körül forognak, és az elektronoknak sokkal nagyobb a terük az aktivitáshoz.
Az atomok „belső energiával” rendelkeznek, amely két részből áll: az egyik az elektronok keringési sebessége és bizonyos mozgási energiája; a másik az, hogy a negatív töltésű elektronok és a pozitív töltésű atommag között van egy bizonyos távolság, és van egy bizonyos mennyiségű potenciális energia. Az összes elektron mozgási energiájának és potenciális energiájának összege az egész atom energiája, amelyet az atom belső energiájának nevezünk.
Minden elektron a mag körül kering; néha közelebb a maghoz, ezeknek az elektronoknak az energiája kisebb; néha távolabb a magtól, ezeknek az elektronoknak az energiája nagyobb; az előfordulás valószínűsége szerint az emberek az elektronréteget különböző „energiaszintekre” osztják; egy bizonyos „energiaszinten” több elektron is keringhet gyakran, és minden elektronnak nincs rögzített pályája, hanem ezek az elektronok mind azonos energiaszinttel rendelkeznek; az „energiaszintek” egymástól elkülönülnek. Igen, energiaszintek szerint elkülönülnek. Az „energiaszint” fogalma nemcsak az elektronokat energiaszintekbe osztja, hanem az elektronok keringési terét is több szintre osztja. Röviden, egy atomnak több energiaszintje lehet, és a különböző energiaszintek különböző energiáknak felelnek meg; egyes elektronok „alacsony energiaszinten”, mások pedig „magas energiaszinten” keringenek.
Manapság a középiskolai fizikakönyvek világosan megjelölték bizonyos atomok szerkezeti jellemzőit, az elektronok eloszlásának szabályait az egyes elektronrétegekben, valamint az elektronok számát a különböző energiaszinteken.
Egy atomrendszerben az elektronok alapvetően rétegekben mozognak, egyes atomok magas, mások alacsony energiaszinten vannak; mivel az atomokat mindig befolyásolja a külső környezet (hőmérséklet, elektromosság, mágnesesség), a magas energiaszintű elektronok instabilak, és spontán átmenetet képeznek alacsony energiaszintre, ennek hatását elnyelhetik, vagy speciális gerjesztési hatásokat válthatnak ki, és „spontán emissziót” okozhatnak. Ezért az atomrendszerben, amikor a magas energiaszintű elektronok alacsony energiaszintre mennek át, kétféleképpen manifesztálódik: „spontán emisszió” és „stimulált emisszió”.
A spontán sugárzás, a nagy energiájú elektronok instabilak, és a külső környezet (hőmérséklet, elektromosság, mágnesesség) hatására spontán módon alacsony energiájú állapotokba vándorolnak, a felesleges energia pedig fotonok formájában sugárzik ki. Az ilyen típusú sugárzás jellemzője, hogy minden elektron átmenete egymástól függetlenül és véletlenszerűen történik. A különböző elektronok spontán emissziójának fotonállapotai eltérőek. A fény spontán emissziója „inkoherens” állapotban van, és szórt irányokkal rendelkezik. A spontán sugárzás azonban maguknak az atomoknak a jellemzőivel rendelkezik, és a különböző atomok spontán sugárzásának spektrumai eltérőek. Ezzel kapcsolatban emlékeztetünk a fizika egyik alapvető ismeretére: „Bármely tárgy képes hőt sugározni, és a tárgy képes folyamatosan elnyelni és kibocsátani elektromágneses hullámokat. A hő által kisugárzott elektromágneses hullámoknak bizonyos spektrumeloszlásuk van. Ez a spektrumeloszlás összefügg magának a tárgynak a tulajdonságaival és hőmérsékletével.” Ezért a hősugárzás létezésének oka az atomok spontán emissziója.
A stimulált emisszió során a nagy energiájú elektronok a „körülményeknek megfelelő fotonok” „stimulációja” vagy „indukciója” alatt alacsony energiaszintre kapcsolnak, és a beeső fotonnal azonos frekvenciájú fotont sugároznak ki. A stimulált sugárzás legfontosabb jellemzője, hogy a stimulált sugárzás által generált fotonok pontosan ugyanolyan állapotban vannak, mint a stimulált sugárzást generáló beeső fotonok. „Koherens” állapotban vannak. Ugyanolyan frekvenciájúak és ugyanolyan irányúak, és teljesen lehetetlen megkülönböztetni a kettő közötti különbséget. Ily módon egy fotonból egy stimulált emisszió révén két azonos foton lesz. Ez azt jelenti, hogy a fény felerősödik, vagyis „felerősödik”.
Most elemezzük újra, milyen feltételek szükségesek ahhoz, hogy egyre gyakoribb stimulált sugárzást kapjunk?
Normál körülmények között a magas energiaszintű elektronok száma mindig kisebb, mint az alacsony energiaszintű elektronok száma. Ha azt szeretnéd, hogy az atomok indukált sugárzást termeljenek, növelni kell a magas energiaszintű elektronok számát, ezért szükség van egy „szivattyúforrásra”, amelynek célja, hogy több elektront gerjesztsen. Túl sok alacsony energiaszintű elektron ugrik magas energiaszintre, így a magas energiaszintű elektronok száma több lesz, mint az alacsony energiaszintű elektronok száma, és „részecskeszám-megfordulás” következik be. Túl sok magas energiaszintű elektron csak nagyon rövid ideig tud a térben maradni. Az idő egy alacsonyabb energiaszintre ugrik, így a indukált sugárzás emissziójának valószínűsége megnő.
Természetesen a „pumpaforrás” különböző atomokhoz van beállítva. Ezáltal az elektronok „rezonálnak”, és lehetővé teszi, hogy több alacsony energiaszintű elektron ugorjon magas energiaszintre. Az olvasók alapvetően megérthetik, mi a lézer? Hogyan keletkezik a lézer? A lézer egy „fénysugárzás”, amelyet egy tárgy atomjai „gerjesztenek” egy adott „pumpaforrás” hatására. Ez a lézer.
Közzététel ideje: 2024. május 27.
