1. Лазер үүсгэх зарчим
Атомын бүтэц нь жижиг нарны системтэй төстэй бөгөөд голд нь атомын цөм байрладаг. Электронууд атомын цөмийг тойрон байнга эргэлддэг бөгөөд атомын цөм нь мөн байнга эргэлддэг.
Цөм нь протон ба нейтроноос бүрдэнэ. Протонууд нь эерэг цэнэгтэй, нейтронууд нь цэнэггүй. Бүхэл цөмийн дамжуулж буй эерэг цэнэгийн тоо нь бүхэл электронуудын дамжуулж буй сөрөг цэнэгийн тоотой тэнцүү тул ерөнхийдөө атомууд гадаад ертөнцтэй төвийг сахисан байдаг.
Атомын массын тухайд гэвэл цөм нь атомын массын ихэнх хэсгийг төвлөрүүлдэг бөгөөд бүх электронуудын эзэлдэг масс маш бага байдаг. Атомын бүтцэд цөм нь зөвхөн бага зай эзэлдэг. Электронууд цөмийг тойрон эргэлддэг бөгөөд электронууд нь үйл ажиллагааны хувьд хамаагүй том зайтай байдаг.
Атомууд нь хоёр хэсгээс бүрдэх "дотоод энерги"-тэй байдаг: нэг нь электронууд тойрог замын хурдтай, тодорхой кинетик энергитэй байдаг; нөгөө нь сөрөг цэнэгтэй электронууд болон эерэг цэнэгтэй цөмийн хооронд зай байдаг бөгөөд тодорхой хэмжээний потенциал энерги байдаг. Бүх электронуудын кинетик энерги ба потенциал энергийн нийлбэр нь атомын бүхэл бүтэн энерги бөгөөд үүнийг атомын дотоод энерги гэж нэрлэдэг.
Бүх электронууд цөмийг тойрон эргэлддэг; заримдаа цөмд ойртох тусам эдгээр электронуудын энерги бага байдаг; заримдаа цөмөөс холдох тусам эдгээр электронуудын энерги их байдаг; үүсэх магадлалын дагуу хүмүүс электрон давхаргыг өөр өөр "Эрчим хүчний түвшин" болгон хуваадаг; Тодорхой "Эрчим хүчний түвшинд" олон электрон байнга тойрог замд эргэлдэж болох бөгөөд электрон бүр тогтмол тойрог замгүй байдаг ч эдгээр электронууд бүгд ижил түвшний энергитэй байдаг; "Эрчим хүчний түвшин" нь бие биенээсээ тусгаарлагдсан байдаг. Тийм ээ, тэдгээр нь энергийн түвшингийн дагуу тусгаарлагдсан байдаг. "Эрчим хүчний түвшин" гэсэн ойлголт нь электронуудыг энергийн түвшингээр нь хуваагаад зогсохгүй электронуудын тойрог замын орон зайг олон түвшинд хуваадаг. Товчхондоо, атом нь олон энергийн түвшинтэй байж болох бөгөөд өөр өөр энергийн түвшин нь өөр өөр энергитэй тохирч байдаг; зарим электронууд "бага энергийн түвшинд" тойрог замд, зарим электронууд "өндөр энергийн түвшинд" тойрог замд эргэлддэг.
Өнөө үед дунд сургуулийн физикийн номуудад тодорхой атомуудын бүтцийн шинж чанар, электрон давхарга бүрийн электрон тархалтын дүрэм, энергийн янз бүрийн түвшинд байгаа электронуудын тоог тодорхой тэмдэглэсэн байдаг.
Атомын системд электронууд үндсэндээ давхаргаар хөдөлдөг бөгөөд зарим атомууд өндөр энергийн түвшинд, зарим нь бага энергийн түвшинд байдаг; атомууд гадаад орчноос (температур, цахилгаан, соронзон) үргэлж хамаардаг тул өндөр энергийн түвшний электронууд тогтворгүй бөгөөд аяндаа бага энергийн түвшинд шилжих үед түүний нөлөө шингэж эсвэл тусгай өдөөлтийн нөлөө үзүүлж, "аяндаа ялгаруулалт" үүсгэж болзошгүй. Тиймээс атомын системд өндөр энергийн түвшний электронууд бага энергийн түвшинд шилжих үед "аяндаа ялгаруулалт" ба "өдөөгдсөн ялгаруулалт" гэсэн хоёр илрэл гарна.
Аяндаа цацраг туяагаар өндөр энергийн төлөвт байгаа электронууд тогтворгүй бөгөөд гадаад орчноос (температур, цахилгаан, соронзон) хамаарч аяндаа бага энергийн төлөвт шилжиж, илүүдэл энерги фотон хэлбэрээр цацруулдаг. Энэ төрлийн цацраг туяаны онцлог нь электрон бүрийн шилжилт бие даан явагддаг бөгөөд санамсаргүй байдагт оршино. Өөр өөр электронуудын аяндаа ялгарах фотоны төлөв байдал өөр өөр байдаг. Гэрлийн аяндаа ялгарах нь "холбоогүй" төлөвт байдаг бөгөөд тархай бутархай чиглэлтэй байдаг. Гэсэн хэдий ч аяндаа цацраг туяа нь атомуудын өөрийнх нь шинж чанартай бөгөөд өөр өөр атомуудын аяндаа цацраг туяаны спектрүүд өөр өөр байдаг. Үүнийг ярихад энэ нь хүмүүст физикийн үндсэн мэдлэгийг сануулдаг: "Аливаа объект дулаан цацруулж чаддаг бөгөөд объект нь цахилгаан соронзон долгионыг тасралтгүй шингээж, ялгаруулах чадвартай байдаг. Дулаанаас ялгарч буй цахилгаан соронзон долгион нь тодорхой спектрийн тархалттай байдаг. Энэ спектрийн тархалт нь объектын өөрийнх нь шинж чанар болон түүний температуртай холбоотой." Тиймээс дулааны цацраг туяа оршин тогтнох шалтгаан нь атомуудын аяндаа ялгарах явдал юм.
Өдөөгдсөн ялгаралтын үед өндөр энергийн түвшний электронууд нь "нөхцөлд тохирсон фотонуудын" "өдөөлт" эсвэл "индукц"-ийн нөлөөгөөр бага энергийн түвшинд шилжиж, туссан фотонтой ижил давтамжтай фотон цацруулдаг. Өдөөгдсөн цацрагийн хамгийн том онцлог нь өдөөгдсөн цацрагийн улмаас үүссэн фотонууд нь өдөөгдсөн цацраг үүсгэдэг туссан фотонуудтай яг ижил төлөвтэй байдаг явдал юм. Тэд "когерент" төлөвт байдаг. Тэд ижил давтамжтай, ижил чиглэлтэй бөгөөд эдгээрийн хоорондох ялгааг ялгах боломжгүй юм. Ийм байдлаар нэг фотон нь нэг өдөөгдсөн ялгаралтын замаар хоёр ижил фотон болж хувирдаг. Энэ нь гэрэл эрчимжсэн буюу "олшруулсан" гэсэн үг юм.
Одоо дахин шинжилж үзье, улам олон удаа өдөөгдсөн цацрагийг авахын тулд ямар нөхцөл шаардлагатай вэ?
Хэвийн нөхцөлд өндөр энергийн түвшин дэх электронуудын тоо нь бага энергийн түвшин дэх электронуудын тооноос үргэлж бага байдаг. Хэрэв та атомууд өдөөгдсөн цацраг үүсгэхийг хүсч байвал өндөр энергийн түвшин дэх электронуудын тоог нэмэгдүүлэхийг хүсч байгаа тул танд илүү ихийг өдөөх зорилготой "шахуургын эх үүсвэр" хэрэгтэй. Хэт олон бага энергийн түвшин дэх электронууд өндөр энергийн түвшин рүү үсрэх тул өндөр энергийн түвшний электронуудын тоо бага энергийн түвшний электронуудын тооноос их байх бөгөөд "бөөмийн тооны урвуу" үүсэх болно. Хэт олон өндөр энергийн түвшний электронууд маш богино хугацаанд л үлдэж чадна. Цаг хугацаа бага энергийн түвшин рүү үсрэх тул өдөөгдсөн цацрагийн ялгарал үүсэх магадлал нэмэгдэх болно.
Мэдээж хэрэг, "шахуургын эх үүсвэр"-ийг өөр өөр атомуудад тохируулсан байдаг. Энэ нь электронуудыг "резонанс" болгож, бага энергийн түвшний электронуудыг өндөр энергийн түвшин рүү үсрэх боломжийг олгодог. Уншигчид үндсэндээ лазер гэж юу болохыг ойлгож чадна. Лазер хэрхэн үүсдэг вэ? Лазер гэдэг нь тодорхой "шахуургын эх үүсвэр"-ийн үйлчлэлээр объектын атомуудаас "өдөөгддөг" "гэрлийн цацраг" юм. Энэ бол лазер юм.
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 5-р сарын 27
