Լազերային և դրա մշակման համակարգը

1. Լազերային գեներացիայի սկզբունքը

Ատոմային կառուցվածքը նման է փոքր արեգակնային համակարգի, որի մեջտեղում ատոմային միջուկն է: Էլեկտրոններն անընդհատ պտտվում են ատոմի միջուկի շուրջ, իսկ ատոմային միջուկը նույնպես անընդհատ պտտվում է։

Միջուկը կազմված է պրոտոններից և նեյտրոններից։ Պրոտոնները դրական լիցքավորված են, իսկ նեյտրոնները՝ լիցքավորված։ Ամբողջ միջուկի կողմից կրվող դրական լիցքերի թիվը հավասար է ամբողջ էլեկտրոնների կողմից կրվող բացասական լիցքերի թվին, ուստի ընդհանուր առմամբ ատոմները չեզոք են արտաքին աշխարհի նկատմամբ:

Ինչ վերաբերում է ատոմի զանգվածին, ապա միջուկը կենտրոնացնում է ատոմի զանգվածի մեծ մասը, և բոլոր էլեկտրոնների զբաղեցրած զանգվածը շատ փոքր է։ Ատոմային կառուցվածքում միջուկը միայն փոքր տարածություն է զբաղեցնում։ Էլեկտրոնները պտտվում են միջուկի շուրջը, և էլեկտրոնները շատ ավելի մեծ տարածություն ունեն գործունեության համար։

Ատոմներն ունեն «ներքին էներգիա», որը բաղկացած է երկու մասից. մեկն այն է, որ էլեկտրոններն ունեն ուղեծրային արագություն և որոշակի կինետիկ էներգիա. մյուսն այն է, որ բացասական լիցքավորված էլեկտրոնների և դրական լիցքավորված միջուկի միջև կա հեռավորություն, և կա որոշակի քանակությամբ պոտենցիալ էներգիա: Բոլոր էլեկտրոնների կինետիկ էներգիայի և պոտենցիալ էներգիայի գումարը ամբողջ ատոմի էներգիան է, որը կոչվում է ատոմի ներքին էներգիա։

Բոլոր էլեկտրոնները պտտվում են միջուկի շուրջ; երբեմն միջուկին ավելի մոտ, այս էլեկտրոնների էներգիան ավելի փոքր է. երբեմն միջուկից ավելի հեռու, այս էլեկտրոնների էներգիան ավելի մեծ է. ըստ առաջացման հավանականության՝ մարդիկ էլեկտրոնային շերտը բաժանում են տարբեր «Էներգետիկ մակարդակի». Որոշակի «Էներգետիկ մակարդակում» կարող են լինել մի քանի էլեկտրոններ, որոնք հաճախակի են պտտվում, և յուրաքանչյուր էլեկտրոն չունի ֆիքսված ուղեծիր, բայց այս էլեկտրոնները բոլորն ունեն էներգիայի նույն մակարդակը. «Էներգիայի մակարդակները» մեկուսացված են միմյանցից: Այո, դրանք մեկուսացված են ըստ էներգիայի մակարդակների: «Էներգիայի մակարդակ» հասկացությունը ոչ միայն էլեկտրոնները բաժանում է մակարդակների՝ ըստ էներգիայի, այլև էլեկտրոնների ուղեծրային տարածությունը բաժանում է մի քանի մակարդակների: Մի խոսքով, ատոմը կարող է ունենալ էներգիայի մի քանի մակարդակ, և էներգիայի տարբեր մակարդակները համապատասխանում են տարբեր էներգիաների. որոշ էլեկտրոններ պտտվում են «ցածր էներգիայի մակարդակով», իսկ որոշ էլեկտրոններ՝ «բարձր էներգիայի մակարդակով»:

Մեր օրերում միջին դպրոցի ֆիզիկայի գրքերում հստակ նշված են որոշ ատոմների կառուցվածքային բնութագրերը, յուրաքանչյուր էլեկտրոնային շերտում էլեկտրոնների բաշխման կանոնները և էներգիայի տարբեր մակարդակներում էլեկտրոնների քանակը։

Ատոմային համակարգում էլեկտրոնները հիմնականում շարժվում են շերտերով, որտեղ որոշ ատոմներ գտնվում են բարձր էներգիայի մակարդակներում, իսկ որոշները՝ ցածր էներգիայի մակարդակներում; քանի որ ատոմների վրա միշտ ազդում է արտաքին միջավայրը (ջերմաստիճան, էլեկտրականություն, մագնիսականություն), բարձր էներգիայի մակարդակի էլեկտրոնները անկայուն են և ինքնաբուխ անցում կկատարեն ցածր էներգիայի մակարդակի, դրա ազդեցությունը կարող է կլանվել, կամ կարող է առաջացնել հատուկ գրգռիչ էֆեկտներ և առաջացնել « ինքնաբուխ արտանետում»: Հետևաբար, ատոմային համակարգում, երբ բարձր էներգիայի մակարդակի էլեկտրոնները անցում են կատարում ցածր էներգիայի մակարդակների, կլինեն երկու դրսևորումներ՝ «ինքնաբուխ արտանետում» և «խթանված արտանետում»:

Ինքնաբուխ ճառագայթումը, էլեկտրոնները բարձր էներգիայի վիճակներում անկայուն են և արտաքին միջավայրից (ջերմաստիճան, էլեկտրականություն, մագնիսականություն) ազդվելով, ինքնաբուխ գաղթում են դեպի ցածր էներգիայի վիճակներ, իսկ ավելորդ էներգիան ճառագայթվում է ֆոտոնների տեսքով։ Այս տեսակի ճառագայթման առանձնահատկությունն այն է, որ յուրաքանչյուր էլեկտրոնի անցումը կատարվում է ինքնուրույն և պատահական է: Տարբեր էլեկտրոնների ինքնաբուխ արտանետման ֆոտոնային վիճակները տարբեր են։ Լույսի ինքնաբուխ արտանետումը գտնվում է «անկապ» վիճակում և ունի ցրված ուղղություններ։ Այնուամենայնիվ, ինքնաբուխ ճառագայթումն ունի հենց ատոմների բնութագրերը, և տարբեր ատոմների ինքնաբուխ ճառագայթման սպեկտրները տարբեր են: Խոսելով այս մասին՝ այն հիշեցնում է մարդկանց ֆիզիկայի հիմնական գիտելիքները. «Ցանկացած առարկա ունի ջերմություն ճառագելու հատկություն, իսկ առարկան կարող է անընդհատ կլանել և արձակել էլեկտրամագնիսական ալիքներ: Ջերմությունից ճառագայթվող էլեկտրամագնիսական ալիքներն ունեն որոշակի սպեկտրի բաշխում։ Այս սպեկտրը Բաշխումը կապված է բուն օբյեկտի հատկությունների և նրա ջերմաստիճանի հետ»: Ուստի ջերմային ճառագայթման գոյության պատճառը ատոմների ինքնաբուխ արտանետումն է։

Խթանված արտանետումների ժամանակ բարձր էներգիայի մակարդակի էլեկտրոնները անցնում են ցածր էներգիայի մակարդակի «պայմաններին հարմար ֆոտոնների» «խթանման» կամ «ինդուկցիայի» ներքո և ճառագայթում են նույն հաճախականությամբ ֆոտոն, ինչ դիպված ֆոտոնը: Գրգռված ճառագայթման ամենամեծ առանձնահատկությունն այն է, որ գրգռված ճառագայթման արդյունքում առաջացած ֆոտոններն ունեն ճիշտ նույն վիճակը, ինչ ներթափանցող ֆոտոնները, որոնք առաջացնում են գրգռված ճառագայթում: Նրանք գտնվում են «կոհերենտ» վիճակում։ Նրանք ունեն նույն հաճախականությունը և նույն ուղղությունը, և բոլորովին անհնար է տարբերակել երկուսը։ դրանց միջև եղած տարբերությունները: Այսպիսով, մեկ ֆոտոնը դառնում է երկու նույնական ֆոտոն մեկ գրգռված արտանետման միջոցով: Սա նշանակում է, որ լույսը ուժեղանում է, կամ «ուժեղանում է»:

Հիմա նորից վերլուծենք՝ ի՞նչ պայմաններ են անհրաժեշտ ավելի ու ավելի հաճախակի գրգռված ճառագայթում ստանալու համար։

Նորմալ պայմաններում էլեկտրոնների թիվը բարձր էներգիայի մակարդակներում միշտ ավելի քիչ է, քան ցածր էներգիայի մակարդակներում էլեկտրոնների թիվը: Եթե ​​ցանկանում եք, որ ատոմներն արտադրեն գրգռված ճառագայթում, դուք ցանկանում եք ավելացնել էլեկտրոնների թիվը բարձր էներգիայի մակարդակներում, ուստի ձեզ անհրաժեշտ է «պոմպի աղբյուր», որի նպատակն է ավելի շատ խթանել Չափից շատ ցածր էներգիայի մակարդակի էլեկտրոններ ցատկում են բարձր էներգիայի մակարդակների: Այսպիսով, բարձր էներգիայի մակարդակի էլեկտրոնների թիվն ավելի շատ կլինի, քան ցածր էներգիայի մակարդակի էլեկտրոնների թիվը, և տեղի կունենա «մասնիկների թվի հակադարձում»: Շատ բարձր էներգիայի մակարդակի էլեկտրոններ կարող են մնալ միայն շատ կարճ ժամանակով: Ժամանակը ցատկելու է էներգիայի ավելի ցածր մակարդակի, հետևաբար կավելանա ճառագայթման խթանված արտանետման հնարավորությունը:

Իհարկե, «պոմպի աղբյուրը» սահմանված է տարբեր ատոմների համար: Այն ստիպում է էլեկտրոններին «ռեզոնանսավորել» և թույլ է տալիս ավելի շատ ցածր էներգիայի մակարդակի էլեկտրոններ ցատկել դեպի բարձր էներգիայի մակարդակներ: Ընթերցողները հիմնականում կարող են հասկանալ, թե ինչ է լազերը: Ինչպես է լազերային արտադրվում: Լազերը «լույսի ճառագայթում» է, որը «գրգռվում» է առարկայի ատոմների կողմից կոնկրետ «պոմպի աղբյուրի» ազդեցության տակ: Սա լազերային է: