Лазер ба түүнийг боловсруулах систем

1. Лазер үүсгэх зарчим

Атомын бүтэц нь жижиг нарны системтэй адил бөгөөд дунд нь атомын цөм байдаг. Электронууд атомын цөмийн эргэн тойронд байнга эргэлддэг бөгөөд атомын цөм нь мөн байнга эргэлддэг.

Цөм нь протон ба нейтроноос тогтдог. Протонууд эерэг цэнэгтэй, нейтронууд цэнэггүй байдаг. Цөмийг бүхэлд нь зөөвөрлөх эерэг цэнэгийн тоо нь бүхэл электронуудын сөрөг цэнэгийн тоотой тэнцүү байдаг тул ерөнхийдөө атомууд гадаад ертөнцөд төвийг сахисан байдаг.

Атомын массын хувьд цөм нь атомын ихэнх массыг төвлөрүүлдэг бөгөөд бүх электронуудын эзэлдэг масс нь маш бага байдаг. Атомын бүтцэд цөм нь зөвхөн бага зай эзэлдэг. Электронууд цөмийн эргэн тойронд эргэлддэг бөгөөд электронууд нь үйл ажиллагааны хувьд илүү том зайтай байдаг.

Атом нь хоёр хэсгээс бүрдэх "дотоод энерги"-тэй байдаг: нэг нь электронууд нь тойрог замын хурд ба тодорхой кинетик энергитэй байдаг; нөгөө нь сөрөг цэнэгтэй электрон ба эерэг цэнэгтэй цөмийн хооронд зай байх ба тодорхой хэмжээний потенциал энерги байдаг. Бүх электронуудын кинетик энерги ба потенциал энергийн нийлбэр нь бүхэл атомын энерги бөгөөд үүнийг атомын дотоод энерги гэж нэрлэдэг.

Бүх электронууд цөмийн эргэн тойронд эргэлддэг; заримдаа цөмд ойртох тусам эдгээр электронуудын энерги бага байдаг; заримдаа цөмөөс хол зайд эдгээр электронуудын энерги илүү их байдаг; үүсэх магадлалын дагуу хүмүүс электрон давхаргыг өөр өөр "" "Энергийн түвшин" болгон хуваадаг; Тодорхой "Эрчим хүчний түвшин" дээр олон электронууд байнга эргэлддэг байж болох ба электрон бүр тогтмол тойрог замтай байдаггүй, гэхдээ эдгээр электронууд бүгд ижил түвшний энергитэй байдаг; "Эрчим хүчний түвшин" нь бие биенээсээ тусгаарлагдсан байдаг. Тиймээ, тэдгээр нь эрчим хүчний түвшний дагуу тусгаарлагдсан байдаг. "Энергийн түвшин" гэсэн ойлголт нь электронуудыг энергийн дагуу түвшинд хуваадаг төдийгүй электронуудын тойрог замын орон зайг олон түвшинд хуваадаг. Товчхондоо, атом нь олон энергийн түвшинтэй байж болох ба өөр өөр энергийн түвшин нь өөр өөр энергитэй тохирдог; зарим электронууд "бага энергийн түвшинд", зарим электронууд "өндөр энергийн түвшинд" эргэлддэг.

Өнөө үед дунд сургуулийн физикийн номонд тодорхой атомуудын бүтцийн шинж чанар, электрон давхарга бүрт электроны тархалтын дүрэм, янз бүрийн энергийн түвшний электронуудын тоог тодорхой бичсэн байдаг.

Атомын системд электронууд үндсэндээ давхаргаар хөдөлж, зарим атом нь өндөр энергийн түвшинд, зарим нь бага энергийн түвшинд байдаг; Атомууд нь гадаад орчны нөлөөнд (температур, цахилгаан, соронзон) байнга нөлөөлдөг тул өндөр энергийн түвшний электронууд тогтворгүй бөгөөд аяндаа бага энергийн түвшинд шилжих, түүний нөлөөг шингээж авах, эсвэл тусгай өдөөх нөлөө үүсгэж, үүсгэж болно. аяндаа ялгарах". Тиймээс атомын системд өндөр энергийн түвшний электронууд бага энергийн түвшинд шилжихэд "аяндаа ялгарах" ба "өдөөгдөх ялгаралт" гэсэн хоёр илрэл илэрнэ.

Аяндаа үүсэх цацраг, өндөр энергитэй төлөвт электронууд тогтворгүй бөгөөд гадаад орчны нөлөөнд (температур, цахилгаан, соронзон) аяндаа бага энергитэй төлөвт шилжиж, илүүдэл энерги нь фотон хэлбэрээр цацруулдаг. Энэ төрлийн цацрагийн онцлог нь электрон бүрийн шилжилт нь бие даасан бөгөөд санамсаргүй байдлаар явагддаг. Өөр өөр электронуудын аяндаа ялгарах фотоны төлөвүүд өөр өөр байдаг. Гэрлийн аяндаа ялгарах нь "зохицуулалтгүй" төлөвт, тархсан чиглэлтэй байдаг. Гэсэн хэдий ч аяндаа үүсэх цацраг нь атомуудын өөрийн онцлог шинж чанартай бөгөөд өөр өөр атомуудын аяндаа цацрагийн спектрүүд өөр өөр байдаг. Энэ тухай ярихад физикийн анхан шатны мэдлэгийг хүмүүст сануулж, “Аливаа биет дулаан ялгаруулах чадвартай, биет нь цахилгаан соронзон долгионыг тасралтгүй шингээх, ялгаруулах чадвартай байдаг. Дулаанаар цацруулсан цахилгаан соронзон долгион нь тодорхой спектрийн тархалттай байдаг. Энэхүү спектрийн тархалт нь тухайн объектын шинж чанар болон түүний температуртай холбоотой байдаг." Тиймээс дулааны цацрагийн оршин тогтнох шалтгаан нь атомын аяндаа ялгарах явдал юм.

Өдөөгдсөн ялгаруулалтын үед өндөр энергийн түвшний электронууд "нөхцөлд тохирсон фотонуудын" "өдөөлт" эсвэл "индукцийн" дор бага энергитэй түвшинд шилжиж, ирж буй фотонтой ижил давтамжтай фотоныг цацруулдаг. Өдөөгдсөн цацрагийн хамгийн том онцлог нь өдөөгдсөн цацрагийн улмаас үүссэн фотонууд нь өдөөгдсөн цацраг үүсгэдэг фотонуудтай яг ижил төлөвтэй байдаг. Тэд "зохицуулалттай" байдалд байна. Тэд ижил давтамжтай, ижил чиглэлтэй бөгөөд энэ хоёрыг ялгах нь огт боломжгүй юм. тэдгээрийн хоорондын ялгаа. Ийм байдлаар нэг фотон нь нэг өдөөгдсөн ялгаруулалтаар хоёр ижил фотон болдог. Энэ нь гэрэл эрчимжиж, эсвэл "олшруулсан" гэсэн үг юм.

Одоо дахин дүн шинжилгээ хийцгээе, илүү олон удаа өдөөгдсөн цацрагийг авахын тулд ямар нөхцөл шаардлагатай вэ?

Хэвийн нөхцөлд өндөр энергийн түвшний электронуудын тоо бага энергийн түвшний электронуудын тооноос үргэлж бага байдаг. Хэрэв та атомууд өдөөгдсөн цацраг үүсгэхийг хүсч байвал өндөр энергийн түвшний электронуудын тоог нэмэгдүүлэхийг хүсч байгаа тул илүү их өдөөх зорилготой "шахуургын эх үүсвэр" хэрэгтэй болно. , тиймээс өндөр энергийн түвшний электронуудын тоо бага энергийн түвшний электронуудын тооноос их байх ба “бөөмийн тооны урвуу” үүснэ. Хэт их энергийн түвшний электронууд маш богино хугацаанд л үлдэж чадна. Цаг хугацаа нь эрчим хүчний доод түвшин рүү үсрэх тул цацраг идэвхт бодис ялгаруулах магадлал нэмэгдэнэ.

Мэдээжийн хэрэг, "насосны эх үүсвэр" нь өөр өөр атомуудад зориулагдсан байдаг. Энэ нь электронуудыг "резонанс" болгож, илүү бага энергитэй электронуудыг өндөр энергитэй түвшинд үсрэх боломжийг олгодог. Уншигчид үндсэндээ лазер гэж юу вэ? Лазерыг хэрхэн үйлдвэрлэдэг вэ? Лазер гэдэг нь тодорхой "насосны эх үүсвэр" -ийн нөлөөн дор объектын атомуудаар "өдөөгдөх" гэрлийн цацраг юм. Энэ бол лазер.