1. Principio della generazione laser
La struttura atomica è come un piccolo sistema solare, con il nucleo atomico al centro. Gli elettroni ruotano costantemente attorno al nucleo atomico e anche il nucleo atomico ruota costantemente.
Il nucleo è composto da protoni e neutroni. I protoni sono carichi positivamente mentre i neutroni sono privi di carica. Il numero di cariche positive trasportate dall'intero nucleo è uguale al numero di cariche negative trasportate dagli interi elettroni, quindi generalmente gli atomi sono neutri rispetto al mondo esterno.
Per quanto riguarda la massa di un atomo, il nucleo concentra la maggior parte della massa dell'atomo e la massa occupata da tutti gli elettroni è molto piccola. Nella struttura atomica il nucleo occupa solo un piccolo spazio. Gli elettroni ruotano attorno al nucleo e gli elettroni hanno uno spazio di attività molto più ampio.
Gli atomi hanno una “energia interna”, che consiste di due parti: una è che gli elettroni hanno una velocità orbitale e una certa energia cinetica; l'altro è che c'è una distanza tra gli elettroni caricati negativamente e il nucleo carico positivamente, e c'è una certa quantità di energia potenziale. La somma dell'energia cinetica e dell'energia potenziale di tutti gli elettroni costituisce l'energia dell'intero atomo, chiamata energia interna dell'atomo.
Tutti gli elettroni ruotano attorno al nucleo; a volte più vicini al nucleo, l'energia di questi elettroni è minore; a volte più lontani dal nucleo, l'energia di questi elettroni è maggiore; in base alla probabilità che si verifichi, le persone dividono lo strato di elettroni in diversi “Livello energetico”; Su un certo “Livello di Energia”, possono esserci più elettroni in orbita frequentemente, e ogni elettrone non ha un’orbita fissa, ma questi elettroni hanno tutti lo stesso livello di energia; I “livelli energetici” sono isolati gli uni dagli altri. Sì, sono isolati in base ai livelli energetici. Il concetto di “livello energetico” non solo divide gli elettroni in livelli in base all’energia, ma divide anche lo spazio orbitante degli elettroni in più livelli. In breve, un atomo può avere più livelli energetici e diversi livelli energetici corrispondono a diverse energie; alcuni elettroni orbitano a un “basso livello energetico” e alcuni elettroni orbitano a un “alto livello energetico”.
Al giorno d'oggi, i libri di fisica delle scuole medie hanno indicato chiaramente le caratteristiche strutturali di alcuni atomi, le regole di distribuzione degli elettroni in ciascuno strato di elettroni e il numero di elettroni a diversi livelli energetici.
In un sistema atomico, gli elettroni si muovono sostanzialmente a strati, con alcuni atomi a livelli energetici elevati e altri a livelli energetici bassi; poiché gli atomi sono sempre influenzati dall’ambiente esterno (temperatura, elettricità, magnetismo), gli elettroni ad alto livello energetico sono instabili e subiranno una transizione spontanea a un livello energetico basso, il suo effetto può essere assorbito o può produrre effetti di eccitazione speciali e causare “ emissione spontanea”. Pertanto, nel sistema atomico, quando gli elettroni ad alto livello energetico passano a livelli a bassa energia, si avranno due manifestazioni: “emissione spontanea” ed “emissione stimolata”.
Radiazione spontanea, gli elettroni negli stati ad alta energia sono instabili e, influenzati dall'ambiente esterno (temperatura, elettricità, magnetismo), migrano spontaneamente verso stati a bassa energia e l'energia in eccesso viene irradiata sotto forma di fotoni. La caratteristica di questo tipo di radiazione è che la transizione di ciascun elettrone avviene in modo indipendente ed è casuale. Gli stati fotonici di emissione spontanea di diversi elettroni sono diversi. L'emissione spontanea della luce è in uno stato “incoerente” e ha direzioni sparse. Tuttavia, la radiazione spontanea ha le caratteristiche degli atomi stessi e gli spettri della radiazione spontanea di atomi diversi sono diversi. A questo proposito, ricorda una conoscenza di base della fisica: “Qualsiasi oggetto ha la capacità di irradiare calore e l'oggetto ha la capacità di assorbire ed emettere continuamente onde elettromagnetiche. Le onde elettromagnetiche irradiate dal calore hanno una certa distribuzione dello spettro. Questo spettro La distribuzione è legata alle proprietà dell’oggetto stesso e alla sua temperatura.” Pertanto, la ragione dell'esistenza della radiazione termica è l'emissione spontanea di atomi.
Nell'emissione stimolata, gli elettroni ad alto livello energetico passano a un livello a bassa energia sotto la “stimolazione” o “induzione” di “fotoni adatti alle condizioni” e irradiano un fotone della stessa frequenza del fotone incidente. La caratteristica più importante della radiazione stimolata è che i fotoni generati dalla radiazione stimolata hanno esattamente lo stesso stato dei fotoni incidenti che generano la radiazione stimolata. Sono in uno stato “coerente”. Hanno la stessa frequenza e la stessa direzione ed è completamente impossibile distinguerli. differenze tra questi. In questo modo, un fotone diventa due fotoni identici attraverso un'unica emissione stimolata. Ciò significa che la luce viene intensificata, o “amplificata”.
Analizziamo ora nuovamente, quali condizioni sono necessarie per ottenere radiazioni stimolate sempre più frequenti?
In circostanze normali, il numero di elettroni ad alti livelli energetici è sempre inferiore al numero di elettroni a bassi livelli energetici. Se vuoi che gli atomi producano radiazione stimolata, vuoi aumentare il numero di elettroni a livelli energetici elevati, quindi hai bisogno di una “fonte a pompa”, il cui scopo è stimolarne di più Troppi elettroni a livello energetico basso saltano a livelli energetici elevati , quindi il numero di elettroni ad alto livello energetico sarà maggiore del numero di elettroni a basso livello energetico e si verificherà una "inversione del numero di particelle". Troppi elettroni ad alto livello energetico possono rimanere solo per un tempo molto breve. Il tempo passerà a un livello energetico più basso, quindi aumenterà la possibilità di emissione stimolata di radiazioni.
Naturalmente, la “sorgente della pompa” è impostata per atomi diversi. Fa “risuonare” gli elettroni e consente a più elettroni a basso livello energetico di passare a livelli ad alta energia. I lettori possono sostanzialmente capire, cos'è il laser? Come viene prodotto il laser? Il laser è una "radiazione luminosa" che viene "eccitata" dagli atomi di un oggetto sotto l'azione di una specifica "sorgente di pompa". Questo è il laser.
Orario di pubblicazione: 27 maggio 2024
