1. Принцип генерисања ласера
Атомска структура је попут малог Сунчевог система, са атомским језгром у средини. Електрони се стално окрећу око атомског језгра, а и атомско језгро се стално окреће.
Језгро се састоји од протона и неутрона. Протони су позитивно наелектрисани, а неутрони су ненаелектрисани. Број позитивних наелектрисања које носи цело језгро једнак је броју негативних наелектрисања које носе сви електрони, тако да су атоми генерално неутрални према спољашњем свету.
Што се тиче масе атома, језгро концентрише највећи део масе атома, а маса коју заузимају сви електрони је веома мала. У атомској структури, језгро заузима само мали простор. Електрони се окрећу око језгра, а електрони имају много већи простор за активност.
Атоми имају „унутрашњу енергију“, која се састоји од два дела: један је да електрони имају орбиталну брзину и одређену кинетичку енергију; други је да постоји растојање између негативно наелектрисаних електрона и позитивно наелектрисаног језгра и да постоји одређена количина потенцијалне енергије. Збир кинетичке енергије и потенцијалне енергије свих електрона је енергија целог атома, која се назива унутрашња енергија атома.
Сви електрони ротирају око језгра; понекад ближе језгру, енергија ових електрона је мања; понекад даље од језгра, енергија ових електрона је већа; према вероватноћи појављивања, људи деле електронски слој на различите „енергетске нивое“; на одређеном „енергетском нивоу“ може постојати више електрона који често орбитирају, и сваки електрон нема фиксну орбиту, али сви ови електрони имају исти ниво енергије; „енергетски нивои“ су изоловани једни од других. Да, изоловани су према енергетским нивоима. Концепт „енергетског нивоа“ не само да дели електроне на нивое према енергији, већ и дели орбитални простор електрона на више нивоа. Укратко, атом може имати више енергетских нивоа, а различити енергетски нивои одговарају различитим енергијама; неки електрони орбитирају на „ниском енергетском нивоу“, а неки електрони орбитирају на „високом енергетском нивоу“.
Данас, уџбеници из физике за основне школе јасно су означили структурне карактеристике одређених атома, правила расподеле електрона у сваком електронском слоју и број електрона на различитим енергетским нивоима.
У атомском систему, електрони се у основи крећу у слојевима, при чему су неки атоми на високим, а неки на ниским енергетским нивоима; пошто на атоме увек утиче спољашња средина (температура, електрицитет, магнетизам), електрони на високим енергетским нивоима су нестабилни и спонтано прелазе на ниске енергетске нивое, њихов ефекат може бити апсорбован или могу произвести посебне ефекте побуђивања и изазвати „спонтану емисију“. Стога, у атомском систему, када електрони на високим енергетским нивоима прелазе на ниске енергетске нивое, постојаће две манифестације: „спонтана емисија“ и „стимулисана емисија“.
Спонтано зрачење, електрони у високоенергетским стањима су нестабилни и, под утицајем спољашње средине (температуре, електрицитета, магнетизма), спонтано мигрирају у нискоенергетска стања, а вишак енергије се зрачи у облику фотона. Карактеристика ове врсте зрачења је да се прелаз сваког електрона врши независно и случајан је. Фотонска стања спонтане емисије различитих електрона су различита. Спонтана емисија светлости је у „некохерентном“ стању и има расејане правце. Међутим, спонтано зрачење има карактеристике самих атома, а спектри спонтаног зрачења различитих атома су различити. Говорећи о овоме, подсећа људе на основно знање из физике: „Сваки објекат има способност да зрачи топлоту, а објекат има способност да континуирано апсорбује и емитује електромагнетне таласе. Електромагнетни таласи које зрачи топлота имају одређену расподелу спектра. Ова расподела спектра је повезана са својствима самог објекта и његовом температуром.“ Стога је разлог постојања топлотног зрачења спонтана емисија атома.
Код стимулисане емисије, електрони високоенергетског нивоа прелазе на нискоенергетски ниво под „стимулацијом“ или „индукцијом“ „фотона погодних за услове“ и зраче фотон исте фреквенције као и упадни фотон. Највећа карактеристика стимулисаног зрачења је да фотони генерисани стимулисаним зрачењем имају потпуно исто стање као и упадни фотони који генеришу стимулисано зрачење. Они су у „кохерентном“ стању. Имају исту фреквенцију и исти смер, и потпуно је немогуће разликовати те две разлике међу њима. На овај начин, један фотон постаје два идентична фотона кроз једну стимулисану емисију. То значи да се светлост интензивира или „појачава“.
Сада поново анализирајмо, који су услови потребни да би се добило све чешће стимулисано зрачење?
Под нормалним околностима, број електрона на високим енергетским нивоима је увек мањи од броја електрона на ниским енергетским нивоима. Ако желите да атоми производе стимулисано зрачење, желите да повећате број електрона на високим енергетским нивоима, па вам је потребан „извор пумпе“, чија је сврха да стимулише више... Превише електрона са ниских енергетских нивоа скаче на високе енергетске нивое, тако да ће број електрона на високим енергетским нивоима бити већи од броја електрона на ниским енергетским нивоима и доћи ће до „обртања броја честица“. Превише електрона на високим енергетским нивоима може да остане само веома кратко време. Време ће скочити на нижи енергетски ниво, па ће се повећати могућност стимулисане емисије зрачења.
Наравно, „извор пумпе“ је подешен за различите атоме. Он узрокује да електрони „резонирају“ и омогућава већем броју електрона са нижих енергетских нивоа да пређу на више енергетске нивое. Читаоци могу у основи разумети шта је ласер? Како се ласер производи? Ласер је „светлосно зрачење“ које „побуђују“ атоми објекта под дејством специфичног „извора пумпе“. То је ласер.
Време објаве: 27. мај 2024.
