1. Principe de génération laser
La structure atomique ressemble à un petit système solaire, avec le noyau atomique au milieu. Les électrons tournent constamment autour du noyau atomique, et le noyau atomique tourne également constamment.
Le noyau est composé de protons et de neutrons. Les protons sont chargés positivement et les neutrons ne sont pas chargés. Le nombre de charges positives portées par l’ensemble du noyau est égal au nombre de charges négatives portées par l’ensemble des électrons, donc généralement les atomes sont neutres vis-à-vis du monde extérieur.
En ce qui concerne la masse d’un atome, le noyau concentre la majeure partie de la masse de l’atome et la masse occupée par tous les électrons est très petite. Dans la structure atomique, le noyau n’occupe qu’un petit espace. Les électrons tournent autour du noyau et disposent d’un espace d’activité beaucoup plus grand.
Les atomes ont une « énergie interne », qui se compose de deux parties : la première est que les électrons ont une vitesse orbitale et une certaine énergie cinétique ; l'autre est qu'il y a une distance entre les électrons chargés négativement et le noyau chargé positivement, et qu'il y a une certaine quantité d'énergie potentielle. La somme de l’énergie cinétique et de l’énergie potentielle de tous les électrons est l’énergie de l’atome entier, appelée énergie interne de l’atome.
Tous les électrons tournent autour du noyau ; parfois plus proches du noyau, l’énergie de ces électrons est plus petite ; parfois plus loin du noyau, l'énergie de ces électrons est plus grande ; selon la probabilité d'occurrence, les gens divisent la couche électronique en différents « niveaux d'énergie » ; À un certain « niveau d'énergie », il peut y avoir plusieurs électrons en orbite fréquemment, et chaque électron n'a pas d'orbite fixe, mais ces électrons ont tous le même niveau d'énergie ; Les « niveaux d'énergie » sont isolés les uns des autres. Oui, ils sont isolés en fonction des niveaux d'énergie. Le concept de « niveau d’énergie » divise non seulement les électrons en niveaux en fonction de l’énergie, mais divise également l’espace en orbite des électrons en plusieurs niveaux. En bref, un atome peut avoir plusieurs niveaux d’énergie, et différents niveaux d’énergie correspondent à différentes énergies ; certains électrons orbitent à un « niveau d’énergie faible » et certains électrons orbitent à un « niveau d’énergie élevé ».
De nos jours, les livres de physique des collèges indiquent clairement les caractéristiques structurelles de certains atomes, les règles de distribution des électrons dans chaque couche électronique et le nombre d'électrons à différents niveaux d'énergie.
Dans un système atomique, les électrons se déplacent essentiellement en couches, avec certains atomes à des niveaux d'énergie élevés et d'autres à des niveaux d'énergie faibles ; parce que les atomes sont toujours affectés par l'environnement externe (température, électricité, magnétisme), les électrons de niveau d'énergie élevé sont instables et passeront spontanément à un niveau d'énergie faible, son effet peut être absorbé, ou il peut produire des effets d'excitation spéciaux et provoquer " émission spontanée ». Par conséquent, dans le système atomique, lorsque des électrons de niveau d’énergie élevé passent à des niveaux d’énergie de faible niveau, il y aura deux manifestations : « émission spontanée » et « émission stimulée ».
Rayonnement spontané, les électrons dans les états de haute énergie sont instables et, affectés par l'environnement externe (température, électricité, magnétisme), migrent spontanément vers des états de basse énergie, et l'excès d'énergie est rayonné sous forme de photons. La caractéristique de ce type de rayonnement est que la transition de chaque électron s’effectue indépendamment et est aléatoire. Les états photoniques d'émission spontanée de différents électrons sont différents. L'émission spontanée de lumière est dans un état « incohérent » et a des directions dispersées. Cependant, le rayonnement spontané présente les caractéristiques des atomes eux-mêmes et les spectres de rayonnement spontané des différents atomes sont différents. En parlant de cela, cela rappelle aux gens une connaissance de base en physique : « Tout objet a la capacité de rayonner de la chaleur, et l'objet a la capacité d'absorber et d'émettre en continu des ondes électromagnétiques. Les ondes électromagnétiques rayonnées par la chaleur ont une certaine répartition spectrale. Ce spectre La distribution est liée aux propriétés de l'objet lui-même et à sa température. Par conséquent, la raison de l’existence du rayonnement thermique est l’émission spontanée d’atomes.
Lors d'une émission stimulée, les électrons de niveau d'énergie élevé passent à un niveau d'énergie de faible valeur sous la « stimulation » ou « induction » de « photons adaptés aux conditions » et rayonnent un photon de la même fréquence que le photon incident. La plus grande caractéristique du rayonnement stimulé est que les photons générés par le rayonnement stimulé ont exactement le même état que les photons incidents qui génèrent le rayonnement stimulé. Ils sont dans un état « cohérent ». Ils ont la même fréquence et la même direction, et il est totalement impossible de distinguer les deux. différences entre ceux-ci. De cette façon, un photon devient deux photons identiques grâce à une émission stimulée. Cela signifie que la lumière est intensifiée, ou « amplifiée ».
Analysons maintenant à nouveau, quelles sont les conditions nécessaires pour obtenir un rayonnement stimulé de plus en plus fréquent ?
Dans des circonstances normales, le nombre d’électrons aux niveaux d’énergie élevés est toujours inférieur au nombre d’électrons aux niveaux d’énergie faibles. Si vous voulez que les atomes produisent un rayonnement stimulé, vous voulez augmenter le nombre d'électrons dans les niveaux d'énergie élevés, vous avez donc besoin d'une « source de pompe », dont le but est de stimuler davantage. Trop d'électrons de faible niveau d'énergie sautent vers des niveaux d'énergie élevés. , donc le nombre d’électrons de niveau d’énergie élevé sera supérieur au nombre d’électrons de niveau d’énergie faible, et une « inversion du nombre de particules » se produira. Un trop grand nombre d’électrons de haute énergie ne peuvent rester que très peu de temps. Le temps passera à un niveau d’énergie inférieur, ce qui augmentera la possibilité d’une émission stimulée de rayonnement.
Bien entendu, la « source de pompe » est réglée pour différents atomes. Cela fait « résonner » les électrons et permet à davantage d’électrons de faible énergie de passer à des niveaux d’énergie élevés. Les lecteurs peuvent fondamentalement comprendre, qu’est-ce que le laser ? Comment est produit le laser ? Le laser est un « rayonnement lumineux » qui est « excité » par les atomes d’un objet sous l’action d’une « source de pompe » spécifique. C'est du laser.
Heure de publication : 27 mai 2024
