1. Principen för lasergenerering
Atomstrukturen är som ett litet solsystem, med atomkärnan i mitten. Elektronerna roterar ständigt runt atomkärnan, och atomkärnan roterar också ständigt.
Kärnan består av protoner och neutroner. Protoner är positivt laddade och neutroner är oladdade. Antalet positiva laddningar som bärs av hela kärnan är lika med antalet negativa laddningar som bärs av alla elektroner, så i allmänhet är atomer neutrala gentemot omvärlden.
När det gäller en atoms massa, koncentrerar kärnan det mesta av atomens massa, och massan som upptas av alla elektroner är mycket liten. I atomstrukturen upptar kärnan bara ett litet utrymme. Elektronerna roterar runt kärnan, och elektronerna har ett mycket större utrymme för aktivitet.
Atomer har "inre energi", som består av två delar: den ena är att elektronerna har en omloppshastighet och en viss kinetisk energi; den andra är att det finns ett avstånd mellan de negativt laddade elektronerna och den positivt laddade kärnan, och det finns en viss mängd potentiell energi. Summan av den kinetiska energin och den potentiella energin för alla elektroner är hela atomens energi, vilket kallas atomens inre energi.
Alla elektroner roterar runt kärnan; ibland närmare kärnan är energin hos dessa elektroner mindre; ibland längre bort från kärnan är energin hos dessa elektroner större; beroende på sannolikheten för förekomst delar man upp elektronlagret i olika "energinivåer"; På en viss "energinivå" kan det finnas flera elektroner som kretsar runt ofta, och varje elektron har inte en fast bana, men dessa elektroner har alla samma energinivå; "energinivåer" är isolerade från varandra. Ja, de är isolerade enligt energinivåer. Begreppet "energinivå" delar inte bara upp elektroner i nivåer enligt energi, utan delar också upp elektronernas kretslopp i flera nivåer. Kort sagt kan en atom ha flera energinivåer, och olika energinivåer motsvarar olika energier; vissa elektroner kretsar runt en "låg energinivå" och vissa elektroner kretsar runt en "hög energinivå".
Numera har fysikböcker för mellanstadiet tydligt markerat de strukturella egenskaperna hos vissa atomer, reglerna för elektronfördelning i varje elektronlager och antalet elektroner vid olika energinivåer.
I ett atomsystem rör sig elektroner i grunden i lager, med vissa atomer vid höga energinivåer och vissa vid låga energinivåer. Eftersom atomer alltid påverkas av den yttre miljön (temperatur, elektricitet, magnetism) är elektroner med hög energinivå instabila och kommer spontant att övergå till en låg energinivå, dess effekt kan absorberas eller producera speciella excitationseffekter och orsaka "spontan emission". Därför, i atomsystemet, när elektroner med hög energinivå övergår till låga energinivåer, kommer det att finnas två manifestationer: "spontan emission" och "stimulerad emission".
Spontan strålning, elektroner i högenergitillstånd är instabila och, påverkade av den yttre miljön (temperatur, elektricitet, magnetism), migrerar spontant till lågenergitillstånd, och överskottsenergi utstrålas i form av fotoner. Det som kännetecknar denna typ av strålning är att övergången för varje elektron sker oberoende och är slumpmässig. Fotontillstånden för spontan emission av olika elektroner är olika. Den spontana ljusemissionen är i ett "inkoherent" tillstånd och har spridda riktningar. Emellertid har spontan strålning atomernas egna egenskaper, och spektra för spontan strålning från olika atomer är olika. På tal om detta påminner det människor om en grundläggande kunskap i fysik, "Varje objekt har förmågan att utstråla värme, och objektet har förmågan att kontinuerligt absorbera och avge elektromagnetiska vågor. De elektromagnetiska vågorna som utstrålas av värme har en viss spektrumfördelning. Denna spektrumfördelning är relaterad till objektets egenskaper och dess temperatur." Därför är orsaken till existensen av termisk strålning den spontana emissionen av atomer.
Vid stimulerad emission övergår elektroner med hög energinivå till en låg energinivå under "stimulering" eller "induktion" av "fotoner lämpliga för förhållandena" och utstrålar en foton med samma frekvens som den infallande fotonen. Det viktigaste kännetecknet för stimulerad strålning är att fotonerna som genereras av stimulerad strålning har exakt samma tillstånd som de infallande fotoner som genererar stimulerad strålning. De befinner sig i ett "koherent" tillstånd. De har samma frekvens och samma riktning, och det är helt omöjligt att skilja de två skillnaderna mellan dem. På så sätt blir en foton två identiska fotoner genom en stimulerad emission. Detta innebär att ljuset intensifieras, eller "förstärks".
Låt oss nu analysera igen, vilka villkor krävs för att erhålla mer och mer frekvent stimulerad strålning?
Under normala omständigheter är antalet elektroner vid höga energinivåer alltid mindre än antalet elektroner vid låga energinivåer. Om du vill att atomer ska producera stimulerad strålning vill du öka antalet elektroner vid höga energinivåer, så du behöver en "pumpkälla" vars syfte är att stimulera fler elektroner. För många elektroner vid låg energinivå hoppar till höga energinivåer, så antalet elektroner vid hög energinivå kommer att vara mer än antalet elektroner vid låg energinivå, och en "partikelantalsomvändning" kommer att inträffa. För många elektroner vid hög energinivå kan bara stanna kvar under en mycket kort tid. Tiden kommer att hoppa till en lägre energinivå, så risken för stimulerad emission av strålning ökar.
Naturligtvis är "pumpkällan" inställd för olika atomer. Den gör att elektronerna "resonerar" och låter fler elektroner med låg energinivå hoppa till hög energinivåer. Läsarna kan i grunden förstå vad laser är? Hur produceras laser? Laser är "ljusstrålning" som "exciteras" av atomerna i ett objekt under inverkan av en specifik "pumpkälla". Detta är laser.
Publiceringstid: 27 maj 2024
