الليزر ونظام معالجته

1. مبدأ توليد الليزر

يشبه التركيب الذري نظامًا شمسيًا صغيرًا، مع وجود النواة الذرية في المنتصف. تدور الإلكترونات باستمرار حول نواة الذرة، كما أن نواة الذرة تدور باستمرار أيضًا.

تتكون النواة من بروتونات ونيوترونات. البروتونات مشحونة بشكل إيجابي والنيوترونات غير مشحونة. عدد الشحنات الموجبة التي تحملها النواة بأكملها يساوي عدد الشحنات السالبة التي تحملها الإلكترونات بأكملها، لذلك تكون الذرات بشكل عام محايدة للعالم الخارجي.

وفيما يتعلق بكتلة الذرة، فإن النواة تركز معظم كتلة الذرة، والكتلة التي تشغلها جميع الإلكترونات صغيرة جدًا. في التركيب الذري، تحتل النواة مساحة صغيرة فقط. تدور الإلكترونات حول النواة، والإلكترونات لديها مساحة أكبر بكثير للنشاط.

للذرات "طاقة داخلية" تتكون من جزأين: الأول هو أن الإلكترونات لها سرعة دوران وطاقة حركية معينة؛ والآخر هو أن هناك مسافة بين الإلكترونات سالبة الشحنة والنواة موجبة الشحنة، وهناك قدر معين من الطاقة الكامنة. مجموع الطاقة الحركية والطاقة الكامنة لجميع الإلكترونات هو طاقة الذرة بأكملها، والتي تسمى الطاقة الداخلية للذرة.

تدور جميع الإلكترونات حول النواة؛ وفي بعض الأحيان تكون طاقة هذه الإلكترونات أصغر عندما تكون أقرب إلى النواة؛ وفي بعض الأحيان بعيدًا عن النواة، تكون طاقة هذه الإلكترونات أكبر؛ وفقًا لاحتمالية حدوث ذلك، يقوم الأشخاص بتقسيم طبقة الإلكترون إلى “مستوى طاقة” مختلف؛ على "مستوى طاقة" معين، قد يكون هناك إلكترونات متعددة تدور بشكل متكرر، وليس لكل إلكترون مدار ثابت، ولكن هذه الإلكترونات جميعها لها نفس مستوى الطاقة؛ "مستويات الطاقة" معزولة عن بعضها البعض. نعم، فهي معزولة حسب مستويات الطاقة. إن مفهوم "مستوى الطاقة" لا يقسم الإلكترونات إلى مستويات حسب الطاقة فحسب، بل يقسم أيضًا الفضاء المداري للإلكترونات إلى مستويات متعددة. باختصار، قد يكون للذرة مستويات طاقة متعددة، ومستويات الطاقة المختلفة تتوافق مع طاقات مختلفة؛ تدور بعض الإلكترونات عند "مستوى طاقة منخفض" وتدور بعض الإلكترونات عند "مستوى طاقة مرتفع".

في الوقت الحاضر، حددت كتب الفيزياء في المدارس المتوسطة بوضوح الخصائص الهيكلية لبعض الذرات، وقواعد توزيع الإلكترون في كل طبقة إلكترونية، وعدد الإلكترونات في مستويات الطاقة المختلفة.

في النظام الذري، تتحرك الإلكترونات بشكل أساسي في طبقات، حيث تكون بعض الذرات عند مستويات طاقة عالية وبعضها عند مستويات طاقة منخفضة؛ ولأن الذرات تتأثر دائما بالبيئة الخارجية (درجة الحرارة، الكهرباء، المغناطيسية)، فإن الإلكترونات ذات مستوى الطاقة العالية تكون غير مستقرة وسوف تنتقل تلقائيا إلى مستوى طاقة منخفض، وقد يمتص تأثيرها، أو قد تنتج تأثيرات إثارة خاصة وتسبب “ الانبعاث العفوي". لذلك، في النظام الذري، عندما تنتقل الإلكترونات ذات مستوى الطاقة العالية إلى مستويات منخفضة الطاقة، سيكون هناك مظهران: "الانبعاث التلقائي" و"الانبعاث المحفز".

الإشعاع التلقائي، تكون الإلكترونات في حالات الطاقة العالية غير مستقرة، وتتأثر بالبيئة الخارجية (درجة الحرارة والكهرباء والمغناطيسية)، وتهاجر تلقائيًا إلى حالات منخفضة الطاقة، وتشع الطاقة الزائدة على شكل فوتونات. ومن مميزات هذا النوع من الإشعاع أن انتقال كل إلكترون يتم بشكل مستقل وبشكل عشوائي. تختلف حالات الفوتون للانبعاث التلقائي للإلكترونات المختلفة. يكون الانبعاث التلقائي للضوء في حالة "غير متماسكة" وله اتجاهات متفرقة. ومع ذلك، فإن الإشعاع التلقائي له خصائص الذرات نفسها، وأطياف الإشعاع التلقائي للذرات المختلفة مختلفة. بالحديث عن هذا، فهو يذكّر الناس بالمعرفة الأساسية في الفيزياء، “أي جسم لديه القدرة على إشعاع الحرارة، والجسم لديه القدرة على امتصاص وإصدار الموجات الكهرومغناطيسية بشكل مستمر. الموجات الكهرومغناطيسية التي تشعها الحرارة لها توزيع طيف معين. ويرتبط توزيع هذا الطيف بخصائص الجسم نفسه ودرجة حرارته. ولذلك فإن سبب وجود الإشعاع الحراري هو الانبعاث التلقائي للذرات.

في الانبعاث المحفز، تنتقل الإلكترونات ذات مستوى الطاقة العالية إلى مستوى منخفض الطاقة تحت "تحفيز" أو "تحريض" "الفوتونات المناسبة للظروف" وتشع فوتونًا بنفس تردد الفوتون الساقط. أكبر ميزة للإشعاع المحفز هي أن الفوتونات الناتجة عن الإشعاع المحفز لها نفس حالة الفوتونات الساقطة التي تولد الإشعاع المحفز. إنهم في حالة "متماسكة". لهما نفس التردد ونفس الاتجاه، ومن المستحيل تمامًا التمييز بين الاثنين. الاختلافات بين تلك. وبهذه الطريقة، يصبح الفوتون الواحد فوتونين متطابقين من خلال انبعاث محفز واحد. وهذا يعني أن الضوء يتم تكثيفه أو "تضخيمه".

الآن دعونا نحلل مرة أخرى، ما هي الشروط اللازمة للحصول على المزيد والمزيد من الإشعاع المحفز؟

في الظروف العادية، يكون عدد الإلكترونات في مستويات الطاقة العالية دائمًا أقل من عدد الإلكترونات في مستويات الطاقة المنخفضة. إذا كنت تريد أن تنتج الذرات إشعاعًا محفزًا، فأنت تريد زيادة عدد الإلكترونات في مستويات الطاقة العالية، لذا فأنت بحاجة إلى "مصدر مضخة"، غرضه تحفيز المزيد من الإلكترونات ذات المستوى المنخفض الطاقة تقفز إلى مستويات الطاقة العالية وبالتالي فإن عدد الإلكترونات ذات مستوى الطاقة العالية سيكون أكبر من عدد الإلكترونات ذات مستوى الطاقة المنخفضة، وسيحدث "انعكاس عدد الجسيمات". لا يمكن لعدد كبير جدًا من الإلكترونات ذات مستوى الطاقة العالية البقاء إلا لفترة قصيرة جدًا. سوف يقفز الوقت إلى مستوى طاقة أقل، وبالتالي فإن احتمالية انبعاث الإشعاع المحفز ستزداد.

وبطبيعة الحال، تم تعيين "مصدر المضخة" لذرات مختلفة. إنه يجعل الإلكترونات "يتردد صداها" وتسمح لمزيد من الإلكترونات ذات مستوى الطاقة المنخفضة بالانتقال إلى مستويات الطاقة العالية. يمكن للقراء أن يفهموا بشكل أساسي، ما هو الليزر؟ كيف يتم إنتاج الليزر؟ الليزر هو "الإشعاع الضوئي" الذي "تثيره" ذرات الجسم تحت تأثير "مصدر مضخة" محدد. هذا ليزر.