1. Principi de generació làser
L'estructura atòmica és com un petit sistema solar, amb el nucli atòmic al mig. Els electrons giren constantment al voltant del nucli atòmic, i el nucli atòmic també gira constantment.
El nucli està compost de protons i neutrons. Els protons tenen càrrega positiva i els neutrons no tenen càrrega. El nombre de càrregues positives que porta tot el nucli és igual al nombre de càrregues negatives que porten tots els electrons, de manera que generalment els àtoms són neutres respecte al món exterior.
Pel que fa a la massa d'un àtom, el nucli concentra la major part de la massa de l'àtom, i la massa ocupada per tots els electrons és molt petita. En l'estructura atòmica, el nucli només ocupa un petit espai. Els electrons giren al voltant del nucli i tenen un espai d'activitat molt més gran.
Els àtoms tenen "energia interna", que consta de dues parts: una és que els electrons tenen una velocitat orbital i una determinada energia cinètica; l'altra és que hi ha una distància entre els electrons carregats negativament i el nucli carregat positivament, i hi ha una certa quantitat d'energia potencial. La suma de l'energia cinètica i l'energia potencial de tots els electrons és l'energia de tot l'àtom, que s'anomena energia interna de l'àtom.
Tots els electrons giren al voltant del nucli; de vegades, com més a prop del nucli, l'energia d'aquests electrons és més petita; de vegades, com més lluny del nucli, l'energia d'aquests electrons és més gran; segons la probabilitat d'aparició, la gent divideix la capa d'electrons en diferents "nivells d'energia"; en un cert "nivell d'energia", hi pot haver diversos electrons orbitant amb freqüència, i cada electró no té una òrbita fixa, però tots aquests electrons tenen el mateix nivell d'energia; els "nivells d'energia" estan aïllats entre si. Sí, estan aïllats segons els nivells d'energia. El concepte de "nivell d'energia" no només divideix els electrons en nivells segons l'energia, sinó que també divideix l'espai orbital dels electrons en múltiples nivells. En resum, un àtom pot tenir múltiples nivells d'energia, i diferents nivells d'energia corresponen a diferents energies; alguns electrons orbiten a un "nivell d'energia baix" i alguns electrons orbiten a un "nivell d'energia alt".
Avui dia, els llibres de física de secundària han marcat clarament les característiques estructurals de certs àtoms, les regles de distribució d'electrons a cada capa d'electrons i el nombre d'electrons a diferents nivells d'energia.
En un sistema atòmic, els electrons es mouen bàsicament en capes, amb alguns àtoms a nivells d'energia alts i altres a nivells d'energia baixos; com que els àtoms sempre es veuen afectats per l'entorn extern (temperatura, electricitat, magnetisme), els electrons d'alta energia són inestables i faran una transició espontània a un nivell d'energia baix, el seu efecte pot ser absorbit o pot produir efectes d'excitació especials i causar "emissió espontània". Per tant, en el sistema atòmic, quan els electrons d'alta energia passen a nivells d'energia baixos, hi haurà dues manifestacions: "emissió espontània" i "emissió estimulada".
Radiació espontània, els electrons en estats d'alta energia són inestables i, afectats per l'entorn extern (temperatura, electricitat, magnetisme), migren espontàniament a estats de baixa energia, i l'excés d'energia s'irradia en forma de fotons. La característica d'aquest tipus de radiació és que la transició de cada electró es realitza de manera independent i aleatòria. Els estats fotònics d'emissió espontània de diferents electrons són diferents. L'emissió espontània de llum es troba en un estat "incoherent" i té direccions disperses. Tanmateix, la radiació espontània té les característiques dels propis àtoms, i els espectres de radiació espontània de diferents àtoms són diferents. Parlant d'això, recorda a la gent un coneixement bàsic de física: "Qualsevol objecte té la capacitat d'irradiar calor, i l'objecte té la capacitat d'absorbir i emetre contínuament ones electromagnètiques. Les ones electromagnètiques irradiades per calor tenen una determinada distribució espectral. La distribució d'aquest espectre està relacionada amb les propietats de l'objecte en si i la seva temperatura". Per tant, la raó de l'existència de la radiació tèrmica és l'emissió espontània d'àtoms.
En l'emissió estimulada, els electrons d'alt nivell d'energia passen a un nivell de baixa energia sota l'"estimulació" o "inducció" de "fotons adequats per a les condicions" i irradien un fotó de la mateixa freqüència que el fotó incident. La característica més important de la radiació estimulada és que els fotons generats per la radiació estimulada tenen exactament el mateix estat que els fotons incidents que generen la radiació estimulada. Estan en un estat "coherent". Tenen la mateixa freqüència i la mateixa direcció, i és completament impossible distingir les dues diferències entre elles. D'aquesta manera, un fotó es converteix en dos fotons idèntics a través d'una emissió estimulada. Això significa que la llum s'intensifica o s'"amplifica".
Ara tornem a analitzar quines condicions són necessàries per obtenir radiació estimulada cada cop més freqüent?
En circumstàncies normals, el nombre d'electrons en nivells d'energia alts sempre és menor que el nombre d'electrons en nivells d'energia baixos. Si voleu que els àtoms produeixin radiació estimulada, voleu augmentar el nombre d'electrons en nivells d'energia alts, per la qual cosa necessiteu una "font de bombament", que tingui com a objectiu estimular més... Massa electrons de nivell d'energia baix salten a nivells d'energia alts, de manera que el nombre d'electrons de nivell d'energia alt serà superior al nombre d'electrons de nivell d'energia baix, i es produirà una "inversió del nombre de partícules". Massa electrons de nivell d'energia alt només poden romandre durant un temps molt curt. El temps saltarà a un nivell d'energia inferior, de manera que augmentarà la possibilitat d'emissió estimulada de radiació.
Per descomptat, la "font de bombament" es configura per a diferents àtoms. Fa que els electrons "ressonin" i permeti que més electrons de baix nivell d'energia saltin a nivells d'alta energia. Els lectors poden entendre bàsicament què és el làser? Com es produeix el làser? El làser és "radiació lluminosa" que és "excitada" pels àtoms d'un objecte sota l'acció d'una "font de bombament" específica. Això és el làser.
Data de publicació: 27 de maig de 2024
