ლაზერი და მისი დამუშავების სისტემა

1. ლაზერული წარმოქმნის პრინციპი

ატომის სტრუქტურა ჰგავს პატარა მზის სისტემას, ატომის ბირთვით შუაში.ელექტრონები მუდმივად ბრუნავენ ატომის ბირთვის გარშემო და ატომის ბირთვიც მუდმივად ბრუნავს.

ბირთვი შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან.პროტონები დადებითად დამუხტულია, ხოლო ნეიტრონები დაუმუხტველია.მთელი ბირთვის მიერ გადატანილი დადებითი მუხტების რაოდენობა უდრის მთელი ელექტრონების მიერ გადატანილი უარყოფითი მუხტების რაოდენობას, ამიტომ ზოგადად ატომები ნეიტრალურია გარე სამყაროს მიმართ.

რაც შეეხება ატომის მასას, ბირთვი კონცენტრირდება ატომის მასის უმეტეს ნაწილზე, ხოლო მასა, რომელსაც ყველა ელექტრონი იკავებს, ძალიან მცირეა.ატომის სტრუქტურაში ბირთვი მხოლოდ მცირე ადგილს იკავებს.ელექტრონები ბრუნავენ ბირთვის ირგვლივ და ელექტრონებს აქვთ გაცილებით დიდი სივრცე აქტივობისთვის.

ატომებს აქვთ „შიდა ენერგია“, რომელიც შედგება ორი ნაწილისაგან: ერთი, რომ ელექტრონებს აქვთ ბრუნვის სიჩქარე და გარკვეული კინეტიკური ენერგია;მეორე ის არის, რომ არის მანძილი უარყოფითად დამუხტულ ელექტრონებსა და დადებითად დამუხტულ ბირთვს შორის და არის გარკვეული რაოდენობის პოტენციური ენერგია.ყველა ელექტრონის კინეტიკური ენერგიისა და პოტენციური ენერგიის ჯამი არის მთელი ატომის ენერგია, რომელსაც ატომის შიდა ენერგია ეწოდება.

ყველა ელექტრონი ბრუნავს ბირთვის გარშემო;ზოგჯერ ბირთვთან უფრო ახლოს, ამ ელექტრონების ენერგია უფრო მცირეა;ზოგჯერ ბირთვიდან უფრო შორს, ამ ელექტრონების ენერგია უფრო დიდია;გაჩენის ალბათობის მიხედვით ადამიანები ელექტრონულ ფენას ყოფენ სხვადასხვა ”ენერგეტიკულ დონედ”;გარკვეულ „ენერგეტიკულ დონეზე“ შეიძლება იყოს მრავალი ელექტრონი, რომელიც ხშირად ბრუნავს ორბიტაზე და თითოეულ ელექტრონს არ აქვს ფიქსირებული ორბიტა, მაგრამ ყველა ამ ელექტრონს აქვს ენერგიის იგივე დონე;"ენერგეტიკული დონეები" იზოლირებულია ერთმანეთისგან.დიახ, ისინი იზოლირებულია ენერგიის დონის მიხედვით."ენერგეტიკული დონის" კონცეფცია არა მხოლოდ ყოფს ელექტრონებს დონეებად ენერგიის მიხედვით, არამედ ყოფს ელექტრონების ორბიტაზე მრავალ დონედ.მოკლედ, ატომს შეიძლება ჰქონდეს მრავალი ენერგეტიკული დონე, ხოლო ენერგიის სხვადასხვა დონე შეესაბამება სხვადასხვა ენერგიას;ზოგიერთი ელექტრონი ბრუნავს „დაბალ ენერგეტიკულ დონეზე“ და ზოგი ელექტრონი ბრუნავს „მაღალი ენერგიის დონეზე“.

დღესდღეობით, საშუალო სკოლის ფიზიკის წიგნებში ნათლად არის მონიშნული გარკვეული ატომების სტრუქტურული მახასიათებლები, ელექტრონების განაწილების წესები თითოეულ ელექტრონულ შრეში და ელექტრონების რაოდენობა სხვადასხვა ენერგეტიკულ დონეზე.

ატომურ სისტემაში ელექტრონები ძირითადად მოძრაობენ ფენებად, ზოგიერთი ატომით მაღალ ენერგეტიკულ დონეზე, ზოგი კი დაბალ ენერგეტიკულ დონეზე;რადგან ატომებზე ყოველთვის გავლენას ახდენს გარე გარემო (ტემპერატურა, ელექტროენერგია, მაგნიტიზმი), მაღალი ენერგიის დონის ელექტრონები არასტაბილურია და სპონტანურად გადადიან დაბალ ენერგეტიკულ დონეზე, მისი ეფექტი შეიძლება შეიწოვება, ან შეიძლება გამოიწვიოს სპეციალური აგზნების ეფექტი და გამოიწვიოს ” სპონტანური ემისია”.მაშასადამე, ატომურ სისტემაში, როდესაც მაღალი ენერგიის დონის ელექტრონები გადადიან დაბალ ენერგეტიკულ დონეებზე, იქნება ორი გამოვლინება: „სპონტანური ემისია“ და „სტიმულირებული ემისია“.

სპონტანური გამოსხივება, ელექტრონები მაღალ ენერგეტიკულ მდგომარეობებში არასტაბილურია და, გარე გარემოზე (ტემპერატურა, ელექტროენერგია, მაგნიტიზმი) ზემოქმედებით, სპონტანურად მიგრირებენ დაბალ ენერგეტიკულ მდგომარეობებში და ჭარბი ენერგია გამოსხივდება ფოტონების სახით.ამ სახის გამოსხივების მახასიათებელია ის, რომ თითოეული ელექტრონის გადასვლა დამოუკიდებლად და შემთხვევითია.სხვადასხვა ელექტრონების სპონტანური ემისიის ფოტონების მდგომარეობა განსხვავებულია.სინათლის სპონტანური გამოსხივება "არათანმიმდევრულ" მდგომარეობაშია და აქვს გაფანტული მიმართულებები.თუმცა, სპონტანურ გამოსხივებას აქვს თავად ატომების მახასიათებლები და სხვადასხვა ატომების სპონტანური გამოსხივების სპექტრები განსხვავებულია.ამაზე საუბრისას ის აგონებს ადამიანებს ფიზიკის საბაზისო ცოდნას: „ნებისმიერ ობიექტს აქვს სითბოს გამოსხივების უნარი, ობიექტს კი განუწყვეტლივ შთანთქავს და ასხივებს ელექტრომაგნიტურ ტალღებს.სითბოს მიერ გამოსხივებულ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს აქვს გარკვეული სპექტრის განაწილება.ეს სპექტრი განაწილება დაკავშირებულია თავად ობიექტის თვისებებთან და მის ტემპერატურასთან.ამიტომ თერმული გამოსხივების არსებობის მიზეზი ატომების სპონტანური გამოსხივებაა.

სტიმულირებული ემისიის დროს, მაღალი ენერგიის დონის ელექტრონები გადადიან დაბალ ენერგეტიკულ დონეზე „პირობებისთვის შესაფერისი ფოტონების“ „სტიმულირების“ ან „ინდუქციის“ ქვეშ და ასხივებენ იმავე სიხშირის ფოტონს, როგორც შემხვედრი ფოტონი.სტიმულირებული გამოსხივების ყველაზე დიდი მახასიათებელი ის არის, რომ სტიმულირებული გამოსხივების შედეგად წარმოქმნილ ფოტონებს აქვთ ზუსტად იგივე მდგომარეობა, როგორც ინციდენტურ ფოტონებს, რომლებიც წარმოქმნიან სტიმულირებულ გამოსხივებას.ისინი "თანმიმდევრულ" მდგომარეობაში არიან.მათ აქვთ ერთი და იგივე სიხშირე და მიმართულება და ამ ორის გარჩევა სრულიად შეუძლებელია.განსხვავებები მათ შორის.ამგვარად, ერთი ფოტონი ხდება ორი იდენტური ფოტონი ერთი სტიმულირებული ემისიის საშუალებით.ეს ნიშნავს, რომ შუქი გაძლიერებულია, ანუ "გაძლიერებულია".

ახლა კიდევ ერთხელ გავაანალიზოთ, რა პირობებია საჭირო იმისათვის, რომ უფრო და უფრო ხშირი სტიმულირებული გამოსხივება მივიღოთ?

ნორმალურ პირობებში, ელექტრონების რაოდენობა მაღალ ენერგეტიკულ დონეზე ყოველთვის ნაკლებია, ვიდრე ელექტრონების რაოდენობა დაბალი ენერგიის დონეზე.თუ გსურთ ატომებმა გამოიმუშაონ სტიმულირებული გამოსხივება, გსურთ გაზარდოთ ელექტრონების რაოდენობა მაღალ ენერგეტიკულ დონეზე, ამიტომ გჭირდებათ „ტუმბოს წყარო“, რომლის მიზანია მეტი სტიმულირება. ასე რომ, მაღალი ენერგიის დონის ელექტრონების რაოდენობა იქნება დაბალი ენერგიის დონის ელექტრონების რაოდენობაზე მეტი და მოხდება "ნაწილაკების რიცხვის შეცვლა".ძალიან ბევრი მაღალი ენერგიის დონის ელექტრონი შეიძლება დარჩეს მხოლოდ ძალიან მოკლე დროში.დრო გადახტება დაბალ ენერგეტიკულ დონეზე, ამიტომ გაიზრდება რადიაციის სტიმულირებული ემისიის შესაძლებლობა.

რა თქმა უნდა, "ტუმბოს წყარო" დაყენებულია სხვადასხვა ატომებისთვის.ეს ახდენს ელექტრონებს „რეზონირებას“ და საშუალებას აძლევს უფრო დაბალი ენერგიის დონის ელექტრონებს გადახტეს მაღალი ენერგიის დონეებზე.მკითხველს ძირითადად შეუძლია გაიგოს, რა არის ლაზერი?როგორ იწარმოება ლაზერი?ლაზერი არის "სინათლის გამოსხივება", რომელიც "აღგზნებულია" ობიექტის ატომებით კონკრეტული "ტუმბოს წყაროს" მოქმედებით.ეს არის ლაზერი.