1. Principio da xeración láser
A estrutura atómica é coma un pequeno sistema solar, co núcleo atómico no medio. Os electróns xiran constantemente arredor do núcleo atómico, e o núcleo atómico tamén xira constantemente.
O núcleo está composto de protóns e neutróns. Os protóns teñen carga positiva e os neutróns non teñen carga. O número de cargas positivas que leva todo o núcleo é igual ao número de cargas negativas que levan todos os electróns, polo que, en xeral, os átomos son neutros para o mundo exterior.
No que respecta á masa dun átomo, o núcleo concentra a maior parte da masa do átomo e a masa ocupada por todos os electróns é moi pequena. Na estrutura atómica, o núcleo só ocupa un espazo pequeno. Os electróns xiran arredor do núcleo e teñen un espazo moito maior para a actividade.
Os átomos teñen "enerxía interna", que consta de dúas partes: unha é que os electróns teñen unha velocidade de orbitación e unha determinada enerxía cinética; a outra é que existe unha distancia entre os electróns cargados negativamente e o núcleo cargado positivamente, e existe unha certa cantidade de enerxía potencial. A suma da enerxía cinética e a enerxía potencial de todos os electróns é a enerxía de todo o átomo, que se denomina enerxía interna do átomo.
Todos os electróns xiran arredor do núcleo; ás veces, canto máis preto do núcleo, a enerxía destes electróns é menor; ás veces, canto máis lonxe do núcleo, a enerxía destes electróns é maior; segundo a probabilidade de aparición, as persoas dividen a capa de electróns en diferentes "niveis de enerxía"; nun determinado "nivel de enerxía", pode haber varios electróns orbitando con frecuencia, e cada electrón non ten unha órbita fixa, pero todos estes electróns teñen o mesmo nivel de enerxía; os "niveis de enerxía" están illados entre si. Si, están illados segundo os niveis de enerxía. O concepto de "nivel de enerxía" non só divide os electróns en niveis segundo a enerxía, senón que tamén divide o espazo orbital dos electróns en varios niveis. En resumo, un átomo pode ter varios niveis de enerxía, e diferentes niveis de enerxía correspóndense con diferentes enerxías; algúns electróns orbitan a un "nivel de enerxía baixo" e outros electróns orbitan a un "nivel de enerxía alto".
Hoxe en día, os libros de física de secundaria marcaron claramente as características estruturais de certos átomos, as regras de distribución de electróns en cada capa de electróns e o número de electróns en diferentes niveis de enerxía.
Nun sistema atómico, os electróns móvense basicamente en capas, con algúns átomos a niveis de enerxía altos e outros a niveis de enerxía baixos; debido a que os átomos sempre se ven afectados polo ambiente externo (temperatura, electricidade, magnetismo), os electróns de alto nivel de enerxía son inestables e farán unha transición espontánea a un nivel de enerxía baixo, o seu efecto pode ser absorbido ou pode producir efectos de excitación especiais e causar "emisión espontánea". Polo tanto, no sistema atómico, cando os electróns de alto nivel de enerxía fan a transición a niveis de enerxía baixos, haberá dúas manifestacións: "emisión espontánea" e "emisión estimulada".
Radiación espontánea: os electróns en estados de alta enerxía son inestables e, afectados polo ambiente externo (temperatura, electricidade, magnetismo), migran espontaneamente a estados de baixa enerxía, e o exceso de enerxía irradiase en forma de fotóns. A característica deste tipo de radiación é que a transición de cada electrón se realiza de forma independente e aleatoria. Os estados fotónicos de emisión espontánea de diferentes electróns son diferentes. A emisión espontánea de luz está nun estado "incoherente" e ten direccións dispersas. Non obstante, a radiación espontánea ten as características dos propios átomos e os espectros da radiación espontánea de diferentes átomos son diferentes. Falando disto, lémbrase á xente un coñecemento básico de física: "Calquera obxecto ten a capacidade de irradiar calor e o obxecto ten a capacidade de absorber e emitir continuamente ondas electromagnéticas. As ondas electromagnéticas irradiadas pola calor teñen unha determinada distribución espectral. A distribución deste espectro está relacionada coas propiedades do propio obxecto e a súa temperatura". Polo tanto, a razón da existencia da radiación térmica é a emisión espontánea de átomos.
Na emisión estimulada, os electróns de alto nivel de enerxía pasan a un nivel de baixa enerxía baixo a "estimulación" ou "indución" de "fotóns axeitados para as condicións" e irradian un fotón da mesma frecuencia que o fotón incidente. A principal característica da radiación estimulada é que os fotóns xerados pola radiación estimulada teñen exactamente o mesmo estado que os fotóns incidentes que xeran a radiación estimulada. Están nun estado "coherente". Teñen a mesma frecuencia e a mesma dirección, e é completamente imposible distinguir as dúas diferenzas entre elas. Deste xeito, un fotón convértese en dous fotóns idénticos a través dunha emisión estimulada. Isto significa que a luz se intensifica ou se "amplifica".
Agora analicemos de novo, que condicións son necesarias para obter radiación estimulada cada vez con máis frecuencia?
En circunstancias normais, o número de electróns en niveis de enerxía altos é sempre menor que o número de electróns en niveis de enerxía baixos. Se queres que os átomos produzan radiación estimulada, queres aumentar o número de electróns en niveis de enerxía altos, polo que necesitas unha "fonte de bombeo", cuxo propósito sexa estimular máis... Demasiados electróns de nivel de enerxía baixo saltan a niveis de enerxía altos, polo que o número de electróns de nivel de enerxía alto será maior que o número de electróns de nivel de enerxía baixo, e producirase unha "inversión do número de partículas". Demasiados electróns de nivel de enerxía alto só poden permanecer durante un tempo moi curto. O tempo saltará a un nivel de enerxía máis baixo, polo que aumentará a posibilidade de emisión estimulada de radiación.
Por suposto, a "fonte de bombeo" establécese para diferentes átomos. Fai que os electróns "resonen" e permita que máis electróns de baixo nivel de enerxía salten a niveis de alta enerxía. Os lectores poden entender basicamente que é o láser? Como se produce o láser? O láser é "radiación luminosa" que é "excitada" polos átomos dun obxecto baixo a acción dunha "fonte de bombeo" específica. Este é o láser.
Data de publicación: 27 de maio de 2024
