Laser e seu sistema de processamento

1. Princípio da geração de laser

A estrutura atômica é como um pequeno sistema solar, com o núcleo atômico no meio. Os elétrons estão girando constantemente em torno do núcleo atômico, e o núcleo atômico também está girando constantemente.

O núcleo é composto de prótons e nêutrons. Os prótons têm carga positiva e os nêutrons não têm carga. O número de cargas positivas transportadas por todo o núcleo é igual ao número de cargas negativas transportadas por todos os elétrons, portanto, geralmente os átomos são neutros em relação ao mundo exterior.

No que diz respeito à massa de um átomo, o núcleo concentra a maior parte da massa do átomo, e a massa ocupada por todos os elétrons é muito pequena. Na estrutura atômica, o núcleo ocupa apenas um pequeno espaço. Os elétrons giram em torno do núcleo e os elétrons têm um espaço muito maior para atividade.

Os átomos possuem “energia interna”, que consiste em duas partes: uma é que os elétrons possuem uma velocidade orbital e uma certa energia cinética; a outra é que existe uma distância entre os elétrons carregados negativamente e o núcleo carregado positivamente, e existe uma certa quantidade de energia potencial. A soma da energia cinética e da energia potencial de todos os elétrons é a energia de todo o átomo, que é chamada de energia interna do átomo.

Todos os elétrons giram em torno do núcleo; às vezes, mais perto do núcleo, a energia desses elétrons é menor; às vezes, mais longe do núcleo, a energia desses elétrons é maior; de acordo com a probabilidade de ocorrência, as pessoas dividem a camada de elétrons em diferentes “Níveis de Energia”; Em um determinado “Nível de Energia”, pode haver vários elétrons orbitando frequentemente, e cada elétron não tem uma órbita fixa, mas todos esses elétrons têm o mesmo nível de energia; Os “níveis de energia” são isolados uns dos outros. Sim, eles estão isolados de acordo com os níveis de energia. O conceito de “nível de energia” não apenas divide os elétrons em níveis de acordo com a energia, mas também divide o espaço orbital dos elétrons em múltiplos níveis. Resumindo, um átomo pode ter múltiplos níveis de energia, e diferentes níveis de energia correspondem a diferentes energias; alguns elétrons orbitam em um “nível de baixa energia” e alguns elétrons orbitam em um “nível de alta energia”.

Hoje em dia, os livros de física do ensino médio marcaram claramente as características estruturais de certos átomos, as regras de distribuição de elétrons em cada camada de elétrons e o número de elétrons em diferentes níveis de energia.

Num sistema atômico, os elétrons se movem basicamente em camadas, com alguns átomos em níveis de energia elevados e outros em níveis de energia baixos; porque os átomos são sempre afetados pelo ambiente externo (temperatura, eletricidade, magnetismo), os elétrons de alto nível de energia são instáveis ​​​​e farão a transição espontânea para um nível de baixa energia, seu efeito pode ser absorvido ou pode produzir efeitos especiais de excitação e causar “ emissão espontânea”. Portanto, no sistema atômico, quando os elétrons de alto nível de energia transitam para níveis de baixa energia, haverá duas manifestações: “emissão espontânea” e “emissão estimulada”.

Radiação espontânea, os elétrons em estados de alta energia são instáveis ​​​​e, afetados pelo ambiente externo (temperatura, eletricidade, magnetismo), migram espontaneamente para estados de baixa energia, e o excesso de energia é irradiado na forma de fótons. A característica desse tipo de radiação é que a transição de cada elétron é realizada de forma independente e aleatória. Os estados dos fótons de emissão espontânea de diferentes elétrons são diferentes. A emissão espontânea de luz está em estado “incoerente” e tem direções dispersas. No entanto, a radiação espontânea tem características dos próprios átomos, e os espectros de radiação espontânea de diferentes átomos são diferentes. Falando nisso, lembra às pessoas um conhecimento básico de física: “Qualquer objeto tem a capacidade de irradiar calor, e o objeto tem a capacidade de absorver e emitir continuamente ondas eletromagnéticas. As ondas eletromagnéticas irradiadas pelo calor têm uma certa distribuição de espectro. Este espectro A distribuição está relacionada às propriedades do próprio objeto e à sua temperatura.” Portanto, a razão da existência da radiação térmica é a emissão espontânea de átomos.

Na emissão estimulada, os elétrons de alto nível de energia transitam para um nível de baixa energia sob a “estimulação” ou “indução” de “fótons adequados às condições” e irradiam um fóton da mesma frequência que o fóton incidente. A maior característica da radiação estimulada é que os fótons gerados pela radiação estimulada têm exatamente o mesmo estado que os fótons incidentes que geram a radiação estimulada. Eles estão em um estado “coerente”. Eles têm a mesma frequência e a mesma direção, e é completamente impossível distinguir os dois. diferenças entre eles. Desta forma, um fóton se transforma em dois fótons idênticos através de uma emissão estimulada. Isso significa que a luz é intensificada, ou “amplificada”.

Agora vamos analisar novamente quais condições são necessárias para obter radiações estimuladas cada vez mais frequentes?

Em circunstâncias normais, o número de elétrons em níveis de energia elevados é sempre menor que o número de elétrons em níveis de energia baixos. Se você deseja que os átomos produzam radiação estimulada, você deseja aumentar o número de elétrons em níveis de alta energia, então você precisa de uma “fonte de bomba”, cujo objetivo é estimular mais. Muitos elétrons de baixo nível de energia saltam para níveis de alta energia , então o número de elétrons de nível de alta energia será maior do que o número de elétrons de nível de baixa energia, e uma “reversão do número de partículas” ocorrerá. Muitos elétrons de alto nível de energia só podem permanecer por um período muito curto. O tempo saltará para um nível de energia mais baixo, aumentando assim a possibilidade de emissão estimulada de radiação.

Claro, a “fonte da bomba” é definida para átomos diferentes. Faz com que os elétrons “ressoem” e permitem que mais elétrons de nível de baixa energia saltem para níveis de alta energia. Os leitores podem basicamente entender o que é laser? Como o laser é produzido? Laser é “radiação luminosa” que é “excitada” pelos átomos de um objeto sob a ação de uma “fonte de bomba” específica. Isso é laser.