Лазеры создают пучки света с очень маленьким углом расхождения (то есть луч практически не рассеивается).
Лазер– это устройство, в котором энергия,
Например тепловая, химическая, электрическая,
Преобразуется в энергию электромагнитного
поля – лазерный луч…. Лазерный луч
Является самым ёмким носителем информации
И в этой роли – принципиально новым
средством её передачи и обработки»
Николай Басов
Что такое лазерный луч? Как работает лазер? Ответы на эти вопросы будут даны в этой теме.
Квантовая механика зародилась после того, как Нильс Бор постулировал свои соображения относительно модели атома водорода. Первый постулат говорит о том, что существуют особые, стационарные состояния атома, находясь в которых, атом не излучает энергию, при этом, электроны в атоме движутся с ускорением. Второй постулат Бора гласит, что излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией. Энергия излученного фотона равна разности энергий стационарных состояний.
Низший энергетический уровень – это основное состояние атома, а все остальные состояния называются возбужденными. В возбужденном состоянии электрон может находиться очень недолго (~10–8 с). После этого, он переходит в основное состояние, и этот переход сопровождается испусканием фотона. Если же электрон переходит из низшего энергетического уровня на высший, то он, наоборот, поглощает свет. При этом спонтанные излучения, испускаемые отдельными атомами, обладают ничтожно малой энергией. Для концентрации энергии излучения многих атомов требуется вынужденное излучение.
|
|
|
Ещё в 1917 году Альберт Эйнштейн предсказал возможность такого излучения и строго доказал, что при попадании фотона достаточно высокой энергии в атом, этот атом излучает два абсолютно идентичных фотона. Такое излучение назвали индуцированным. То есть, индуцированное излучение – это излучение возбужденных атомов под действием падающего на них света. Возникающая при этом излучении испущенная световая волна обладает той же частотой, фазой и поляризацией, что и падающая на атом волна. Это говорит нам о том, что падающая и излученная волны когерентны.
Что же происходит при индуцированном излучении?
Если в атом попадает фотон, такой энергии, какая может быть излучена самим атомом при переходе из возбужденного состояния в основное, то этот фотон атомом не поглощается. Более того, атомом испускается еще один фотон, который абсолютно идентичен первому. То есть эти два фотона являются полностью когерентными. Именно эта идея и положена в основу создания лазера. Конечно, в первую очередь, следует заметить, что для работы лазера нужно очень много атомов, находящихся в возбужденном состоянии, которые в нужный момент могут перейти в основное состояние и излучить множество когерентных фотонов. Как же это осуществить технически?
|
|
|
Представим, что имеется активная среда с большим количеством атомов. Эта среда располагается между глухим и полупрозрачным зеркалами. Глухое зеркало практически не пропускает свет, а полупрозрачное зеркало пропускает около 2 % света
В активную среду поступает энергия извне. Это может быть любая энергия: тепловая, световая, химическая или электрическая.
Эта энергия приводит значительную часть атомов в возбужденное состояние. При переходе обратно в основное состояние, атомы излучают фотоны, которые, в свою очередь, возбуждают соседние атомы. И в этом случае уже возникает явление индуцированного излучения: каждый атом, на который упал фотон, испускает два идентичных фотона. Так продолжается снова и снова, в результате чего все больше и больше атомов переходят в возбужденное состояние. Между зеркалами возникает среда, насыщенная фотонами, которые отражаются то от одного, то от другого зеркала. При этом, каждый фотон, сталкиваясь с атомом, стимулирует испускание еще одного фотона.
|
|
|
Когда же атомы переходят в основное состояние, из лазера выходит множество когерентных фотонов, образуя лазерный луч. В этом луче фотоны находятся на очень близком расстоянии друг к другу, и направления их движения совпадают, поэтому лазерный луч практически не рассеивается
Лазеры обладают следующими свойствами:
Лазеры создают пучки света с очень маленьким углом расхождения (то есть луч практически не рассеивается).
Дата добавления: 2021-01-21; просмотров: 169; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!