1. Nguyên lý phát tia laser
Cấu trúc nguyên tử giống như một hệ mặt trời nhỏ, với hạt nhân nguyên tử ở giữa. Các electron không ngừng quay xung quanh hạt nhân nguyên tử và hạt nhân nguyên tử cũng không ngừng quay.
Hạt nhân bao gồm các proton và neutron. Proton mang điện tích dương và neutron không mang điện tích. Số lượng điện tích dương được mang bởi toàn bộ hạt nhân bằng số lượng điện tích âm được mang bởi toàn bộ electron, do đó nhìn chung các nguyên tử trung hòa với thế giới bên ngoài.
Về khối lượng của nguyên tử, hạt nhân tập trung phần lớn khối lượng của nguyên tử và khối lượng mà tất cả các electron chiếm giữ là rất nhỏ. Trong cấu trúc nguyên tử, hạt nhân chỉ chiếm một không gian nhỏ. Các electron quay quanh hạt nhân và các electron có không gian hoạt động lớn hơn nhiều.
Nguyên tử có “nội năng”, gồm hai phần: một là các electron có tốc độ quay quanh quỹ đạo và động năng nhất định; hai là có một khoảng cách giữa các electron tích điện âm và hạt nhân tích điện dương và có một lượng thế năng nhất định. Tổng động năng và thế năng của tất cả các electron là năng lượng của toàn bộ nguyên tử, gọi là nội năng của nguyên tử.
Tất cả các electron đều quay quanh hạt nhân; đôi khi ở gần hạt nhân hơn, năng lượng của các electron này nhỏ hơn; đôi khi càng ở xa hạt nhân thì năng lượng của các electron này càng lớn; theo xác suất xảy ra, người ta chia lớp electron thành các ““Mức năng lượng” khác nhau; Ở một “Mức năng lượng” nhất định, có thể thường xuyên có nhiều electron quay quanh quỹ đạo và mỗi electron không có quỹ đạo cố định, nhưng những electron này đều có cùng một mức năng lượng; “Mức năng lượng” được tách biệt với nhau. Vâng, chúng bị cô lập theo mức năng lượng. Khái niệm “mức năng lượng” không chỉ phân chia các electron thành các cấp theo năng lượng mà còn chia không gian quỹ đạo của các electron thành nhiều cấp độ. Nói tóm lại, một nguyên tử có thể có nhiều mức năng lượng và các mức năng lượng khác nhau tương ứng với các mức năng lượng khác nhau; một số electron quay quanh “mức năng lượng thấp” và một số electron quay quanh “mức năng lượng cao”.
Ngày nay, sách vật lý THCS đã ghi rõ đặc điểm cấu tạo của một số nguyên tử, quy luật phân bố electron trong mỗi lớp electron và số lượng electron ở các mức năng lượng khác nhau.
Trong một hệ nguyên tử, về cơ bản, các electron di chuyển theo từng lớp, với một số nguyên tử ở mức năng lượng cao và một số ở mức năng lượng thấp; Do nguyên tử luôn bị tác động bởi môi trường bên ngoài (nhiệt độ, điện, từ) nên các electron ở mức năng lượng cao không ổn định và sẽ tự động chuyển sang mức năng lượng thấp, tác dụng của nó có thể bị hấp thụ hoặc có thể tạo ra hiệu ứng kích thích đặc biệt và gây ra “ sự phát xạ tự phát”. Vì vậy, trong hệ nguyên tử, khi các electron ở mức năng lượng cao chuyển sang mức năng lượng thấp sẽ xuất hiện hai biểu hiện: “phát xạ tự phát” và “phát xạ kích thích”.
Bức xạ tự phát, các electron ở trạng thái năng lượng cao không ổn định và bị ảnh hưởng bởi môi trường bên ngoài (nhiệt độ, điện, từ tính) tự phát di chuyển về trạng thái năng lượng thấp, năng lượng dư thừa được bức xạ dưới dạng photon. Đặc điểm của loại bức xạ này là sự chuyển dịch của mỗi electron được thực hiện độc lập và ngẫu nhiên. Trạng thái photon phát xạ tự phát của các electron khác nhau là khác nhau. Sự phát xạ ánh sáng tự phát ở trạng thái “không mạch lạc” và có các hướng phân tán. Tuy nhiên, bức xạ tự phát có đặc điểm của bản thân các nguyên tử và quang phổ bức xạ tự phát của các nguyên tử khác nhau là khác nhau. Nói đến đây, nó gợi cho người ta nhớ đến một kiến thức cơ bản về vật lý: “Bất kỳ vật thể nào cũng có khả năng tỏa nhiệt và vật thể đó có khả năng hấp thụ và phát ra sóng điện từ liên tục. Các sóng điện từ tỏa ra từ nhiệt có sự phân bố phổ nhất định. Quang phổ này Sự phân bố có liên quan đến đặc tính của vật thể và nhiệt độ của nó.” Vì vậy, nguyên nhân tồn tại của bức xạ nhiệt là sự phát xạ tự phát của các nguyên tử.
Trong phát xạ kích thích, các electron mức năng lượng cao chuyển sang mức năng lượng thấp dưới sự “kích thích” hoặc “cảm ứng” của “photon phù hợp với điều kiện” và phát ra một photon có cùng tần số với photon tới. Đặc điểm lớn nhất của bức xạ kích thích là các photon do bức xạ kích thích tạo ra có trạng thái giống hệt với các photon tới tạo ra bức xạ kích thích. Họ đang ở trong trạng thái “mạch lạc”. Chúng có cùng tần số và cùng hướng, và hoàn toàn không thể phân biệt được hai thứ này. sự khác biệt giữa những điều đó. Bằng cách này, một photon trở thành hai photon giống hệt nhau thông qua một phát xạ kích thích. Điều này có nghĩa là ánh sáng được tăng cường hoặc “khuếch đại”.
Bây giờ chúng ta hãy phân tích lại, cần những điều kiện nào để thu được bức xạ kích thích ngày càng thường xuyên hơn?
Trong trường hợp bình thường, số lượng electron ở mức năng lượng cao luôn ít hơn số lượng electron ở mức năng lượng thấp. Nếu bạn muốn nguyên tử tạo ra bức xạ kích thích, bạn muốn tăng số lượng electron ở mức năng lượng cao, vì vậy bạn cần một “nguồn bơm”, mục đích của nó là kích thích nhiều hơn. Quá nhiều electron ở mức năng lượng thấp nhảy lên mức năng lượng cao , do đó số lượng electron mức năng lượng cao sẽ nhiều hơn số lượng electron mức năng lượng thấp và sẽ xảy ra “sự đảo ngược số hạt”. Quá nhiều electron mức năng lượng cao chỉ có thể tồn tại trong một thời gian rất ngắn. Thời gian sẽ nhảy tới mức năng lượng thấp hơn nên khả năng phát xạ kích thích sẽ tăng lên.
Tất nhiên, “nguồn bơm” được đặt cho các nguyên tử khác nhau. Nó làm cho các electron “cộng hưởng” và cho phép nhiều electron ở mức năng lượng thấp hơn nhảy lên mức năng lượng cao. Người đọc có thể hiểu cơ bản, laser là gì? Laser được sản xuất như thế nào? Laser là “bức xạ ánh sáng” được “kích thích” bởi các nguyên tử của vật thể dưới tác động của một “nguồn bơm” cụ thể. Đây là tia laser.
Thời gian đăng: 27-05-2024
