1. Αρχή δημιουργίας λέιζερ
Η ατομική δομή είναι σαν ένα μικρό ηλιακό σύστημα, με τον ατομικό πυρήνα στη μέση. Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται συνεχώς γύρω από τον ατομικό πυρήνα και ο ατομικός πυρήνας επίσης περιστρέφεται συνεχώς.
Ο πυρήνας αποτελείται από πρωτόνια και νετρόνια. Τα πρωτόνια είναι θετικά φορτισμένα και τα νετρόνια είναι αφόρτιστα. Ο αριθμός των θετικών φορτίων που μεταφέρονται από ολόκληρο τον πυρήνα είναι ίσος με τον αριθμό των αρνητικών φορτίων που μεταφέρονται από ολόκληρα τα ηλεκτρόνια, επομένως γενικά τα άτομα είναι ουδέτερα προς τον έξω κόσμο.
Όσον αφορά τη μάζα ενός ατόμου, ο πυρήνας συγκεντρώνει το μεγαλύτερο μέρος της μάζας του ατόμου και η μάζα που καταλαμβάνουν όλα τα ηλεκτρόνια είναι πολύ μικρή. Στην ατομική δομή, ο πυρήνας καταλαμβάνει μόνο ένα μικρό χώρο. Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα και τα ηλεκτρόνια έχουν πολύ μεγαλύτερο χώρο για δραστηριότητα.
Τα άτομα έχουν «εσωτερική ενέργεια», η οποία αποτελείται από δύο μέρη: το ένα είναι ότι τα ηλεκτρόνια έχουν μια ταχύτητα περιφοράς και μια ορισμένη κινητική ενέργεια. το άλλο είναι ότι υπάρχει μια απόσταση μεταξύ των αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων και του θετικά φορτισμένου πυρήνα, και υπάρχει μια ορισμένη ποσότητα δυναμικής ενέργειας. Το άθροισμα της κινητικής ενέργειας και της δυναμικής ενέργειας όλων των ηλεκτρονίων είναι η ενέργεια ολόκληρου του ατόμου, η οποία ονομάζεται εσωτερική ενέργεια του ατόμου.
Όλα τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα. Μερικές φορές πιο κοντά στον πυρήνα, η ενέργεια αυτών των ηλεκτρονίων είναι μικρότερη. Μερικές φορές πιο μακριά από τον πυρήνα, η ενέργεια αυτών των ηλεκτρονίων είναι μεγαλύτερη. ανάλογα με την πιθανότητα εμφάνισης, οι άνθρωποι διαιρούν το στρώμα ηλεκτρονίων σε διαφορετικά "Επίπεδα ενέργειας". Σε ένα συγκεκριμένο «Επίπεδο Ενέργειας», μπορεί να υπάρχουν πολλά ηλεκτρόνια σε τροχιά συχνά και κάθε ηλεκτρόνιο να μην έχει σταθερή τροχιά, αλλά αυτά τα ηλεκτρόνια έχουν όλα το ίδιο επίπεδο ενέργειας. Τα «Ενεργειακά Επίπεδα» είναι απομονωμένα μεταξύ τους. Ναι, απομονώνονται ανάλογα με τα ενεργειακά επίπεδα. Η έννοια του «ενεργειακού επιπέδου» όχι μόνο διαιρεί τα ηλεκτρόνια σε επίπεδα ανάλογα με την ενέργεια, αλλά διαιρεί επίσης τον χώρο τροχιάς των ηλεκτρονίων σε πολλαπλά επίπεδα. Εν ολίγοις, ένα άτομο μπορεί να έχει πολλαπλά επίπεδα ενέργειας και διαφορετικά επίπεδα ενέργειας αντιστοιχούν σε διαφορετικές ενέργειες. Μερικά ηλεκτρόνια περιφέρονται σε «χαμηλή ενεργειακή στάθμη» και μερικά ηλεκτρόνια σε τροχιά «υψηλής ενέργειας».
Σήμερα, τα βιβλία φυσικής του γυμνασίου έχουν επισημάνει ξεκάθαρα τα δομικά χαρακτηριστικά ορισμένων ατόμων, τους κανόνες κατανομής ηλεκτρονίων σε κάθε στιβάδα ηλεκτρονίων και τον αριθμό των ηλεκτρονίων σε διαφορετικά ενεργειακά επίπεδα.
Σε ένα ατομικό σύστημα, τα ηλεκτρόνια κινούνται βασικά σε στρώματα, με μερικά άτομα σε υψηλά επίπεδα ενέργειας και άλλα σε χαμηλά επίπεδα ενέργειας. επειδή τα άτομα επηρεάζονται πάντα από το εξωτερικό περιβάλλον (θερμοκρασία, ηλεκτρισμός, μαγνητισμός), τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας είναι ασταθή και θα αυθόρμητη μετάβαση σε χαμηλό ενεργειακό επίπεδο, η επίδρασή του μπορεί να απορροφηθεί ή μπορεί να προκαλέσει ειδικά φαινόμενα διέγερσης και να προκαλέσει " αυθόρμητη εκπομπή». Επομένως, στο ατομικό σύστημα, όταν τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας μεταβαίνουν σε επίπεδα χαμηλής ενέργειας, θα υπάρχουν δύο εκδηλώσεις: «αυθόρμητη εκπομπή» και «διεγερμένη εκπομπή».
Η αυθόρμητη ακτινοβολία, τα ηλεκτρόνια σε καταστάσεις υψηλής ενέργειας είναι ασταθή και επηρεάζονται από το εξωτερικό περιβάλλον (θερμοκρασία, ηλεκτρισμός, μαγνητισμός), μεταναστεύουν αυθόρμητα σε καταστάσεις χαμηλής ενέργειας και η περίσσεια ενέργειας ακτινοβολείται με τη μορφή φωτονίων. Το χαρακτηριστικό αυτού του είδους ακτινοβολίας είναι ότι η μετάπτωση κάθε ηλεκτρονίου πραγματοποιείται ανεξάρτητα και είναι τυχαία. Οι καταστάσεις φωτονίων της αυθόρμητης εκπομπής διαφορετικών ηλεκτρονίων είναι διαφορετικές. Η αυθόρμητη εκπομπή φωτός είναι σε «ασυνάρτητη» κατάσταση και έχει διάσπαρτες κατευθύνσεις. Ωστόσο, η αυθόρμητη ακτινοβολία έχει τα χαρακτηριστικά των ίδιων των ατόμων και τα φάσματα της αυθόρμητης ακτινοβολίας διαφορετικών ατόμων είναι διαφορετικά. Μιλώντας για αυτό, υπενθυμίζει στους ανθρώπους μια βασική γνώση στη φυσική, «Κάθε αντικείμενο έχει την ικανότητα να εκπέμπει θερμότητα και το αντικείμενο έχει την ικανότητα να απορροφά και να εκπέμπει συνεχώς ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που εκπέμπονται από τη θερμότητα έχουν μια ορισμένη κατανομή φάσματος. Αυτό το φάσμα Η κατανομή σχετίζεται με τις ιδιότητες του ίδιου του αντικειμένου και τη θερμοκρασία του." Επομένως, ο λόγος ύπαρξης της θερμικής ακτινοβολίας είναι η αυθόρμητη εκπομπή ατόμων.
Σε διεγερμένη εκπομπή, τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας μεταβαίνουν σε ένα επίπεδο χαμηλής ενέργειας υπό την «διέγερση» ή «επαγωγή» «φωτονίων κατάλληλων για τις συνθήκες» και ακτινοβολούν ένα φωτόνιο της ίδιας συχνότητας με το προσπίπτον φωτόνιο. Το μεγαλύτερο χαρακτηριστικό της διεγερμένης ακτινοβολίας είναι ότι τα φωτόνια που παράγονται από διεγερμένη ακτινοβολία έχουν ακριβώς την ίδια κατάσταση με τα προσπίπτοντα φωτόνια που δημιουργούν διεγερμένη ακτινοβολία. Βρίσκονται σε «συνεκτική» κατάσταση. Έχουν την ίδια συχνότητα και την ίδια κατεύθυνση, και είναι εντελώς αδύνατο να τα ξεχωρίσεις. διαφορές μεταξύ αυτών. Με αυτόν τον τρόπο, ένα φωτόνιο γίνεται δύο πανομοιότυπα φωτόνια μέσω μιας διεγερμένης εκπομπής. Αυτό σημαίνει ότι το φως ενισχύεται ή «ενισχύεται».
Τώρα ας αναλύσουμε ξανά, ποιες συνθήκες χρειάζονται για να λαμβάνουμε όλο και πιο συχνή διεγερμένη ακτινοβολία;
Υπό κανονικές συνθήκες, ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε υψηλά ενεργειακά επίπεδα είναι πάντα μικρότερος από τον αριθμό των ηλεκτρονίων σε επίπεδα χαμηλής ενέργειας. Εάν θέλετε τα άτομα να παράγουν διεγερμένη ακτινοβολία, θέλετε να αυξήσετε τον αριθμό των ηλεκτρονίων σε υψηλά επίπεδα ενέργειας, επομένως χρειάζεστε μια «πηγή αντλίας», σκοπός της οποίας είναι να διεγείρει περισσότερα Πάρα πολλά ηλεκτρόνια χαμηλής ενέργειας μεταπηδούν σε επίπεδα υψηλής ενέργειας , επομένως ο αριθμός των ηλεκτρονίων στάθμης υψηλής ενέργειας θα είναι μεγαλύτερος από τον αριθμό των ηλεκτρονίων στάθμης χαμηλής ενέργειας και θα συμβεί μια «αντιστροφή αριθμού σωματιδίων». Πάρα πολλά ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας μπορούν να παραμείνουν μόνο για πολύ μικρό χρονικό διάστημα. Ο χρόνος θα μεταπηδήσει σε χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας, επομένως θα αυξηθεί η πιθανότητα διεγερμένης εκπομπής ακτινοβολίας.
Φυσικά, η "πηγή αντλίας" έχει ρυθμιστεί για διαφορετικά άτομα. Κάνει τα ηλεκτρόνια να «συντονίζονται» και επιτρέπει σε περισσότερα ηλεκτρόνια χαμηλής ενέργειας να μεταπηδούν σε επίπεδα υψηλής ενέργειας. Οι αναγνώστες μπορούν βασικά να καταλάβουν, τι είναι το λέιζερ; Πώς παράγεται το λέιζερ; Το λέιζερ είναι «ακτινοβολία φωτός» που «διεγείρεται» από τα άτομα ενός αντικειμένου υπό τη δράση μιας συγκεκριμένης «πηγής αντλίας». Αυτό είναι λέιζερ.
Ώρα δημοσίευσης: 27 Μαΐου 2024
