1. Principio de generación láser
La estructura atómica es como un pequeño sistema solar, con el núcleo atómico en el centro. Los electrones giran constantemente alrededor del núcleo atómico, y este también gira constantemente.
El núcleo está compuesto por protones y neutrones. Los protones tienen carga positiva y los neutrones no. La cantidad de cargas positivas en el núcleo es igual a la cantidad de cargas negativas en los electrones, por lo que, en general, los átomos son neutros para el mundo exterior.
En lo que respecta a la masa de un átomo, el núcleo concentra la mayor parte de ella, mientras que la masa ocupada por todos los electrones es muy pequeña. En la estructura atómica, el núcleo ocupa un espacio reducido. Los electrones, al girar alrededor del núcleo, disponen de un espacio mucho mayor para su actividad.
Los átomos poseen energía interna, la cual se compone de dos partes: la velocidad orbital y la energía cinética de los electrones; y la energía potencial, la distancia entre los electrones (cargados negativamente) y el núcleo (cargado positivamente). La suma de la energía cinética y la energía potencial de todos los electrones constituye la energía total del átomo, denominada energía interna atómica.
Todos los electrones giran alrededor del núcleo; a veces, cuanto más cerca del núcleo, menor es su energía; a veces, cuanto más lejos del núcleo, mayor es su energía. Según la probabilidad de ocurrencia, se divide la capa de electrones en diferentes "niveles de energía". En un nivel de energía determinado, puede haber múltiples electrones orbitando con frecuencia, y cada electrón no tiene una órbita fija, pero todos estos electrones tienen el mismo nivel de energía. Los niveles de energía están aislados entre sí. Sí, están aislados según sus niveles de energía. El concepto de "nivel de energía" no solo divide los electrones en niveles según su energía, sino que también divide el espacio orbital de los electrones en múltiples niveles. En resumen, un átomo puede tener múltiples niveles de energía, y los diferentes niveles de energía corresponden a diferentes energías; algunos electrones orbitan en un "nivel de energía bajo" y otros en un "nivel de energía alto".
Hoy en día, los libros de física de la escuela secundaria han marcado claramente las características estructurales de ciertos átomos, las reglas de distribución de electrones en cada capa electrónica y el número de electrones en diferentes niveles de energía.
En un sistema atómico, los electrones se mueven básicamente en capas, con algunos átomos en niveles de energía altos y otros en niveles de energía bajos. Debido a que los átomos están siempre afectados por el entorno externo (temperatura, electricidad, magnetismo), los electrones de alta energía son inestables y transitan espontáneamente a un nivel de energía bajo. Este efecto puede ser absorbido o producir efectos de excitación especiales y causar "emisión espontánea". Por lo tanto, en el sistema atómico, cuando los electrones de alta energía transitan a niveles de energía bajos, se producen dos manifestaciones: "emisión espontánea" y "emisión estimulada".
La radiación espontánea se produce cuando los electrones en estados de alta energía son inestables y, afectados por el entorno externo (temperatura, electricidad, magnetismo), migran espontáneamente a estados de baja energía, irradiando el exceso de energía en forma de fotones. La característica de este tipo de radiación es que la transición de cada electrón se lleva a cabo de forma independiente y aleatoria. Los estados fotónicos de la emisión espontánea de diferentes electrones son diferentes. La emisión espontánea de luz se encuentra en un estado "incoherente" y presenta direcciones dispersas. Sin embargo, la radiación espontánea posee características propias de los átomos, y los espectros de radiación espontánea de diferentes átomos son diferentes. Al hablar de esto, recordamos un conocimiento básico de la física: "Cualquier objeto tiene la capacidad de irradiar calor y de absorber y emitir continuamente ondas electromagnéticas. Las ondas electromagnéticas irradiadas por el calor tienen una distribución espectral determinada. Esta distribución espectral está relacionada con las propiedades del objeto y su temperatura". Por lo tanto, la razón de la existencia de la radiación térmica es la emisión espontánea de los átomos.
En la emisión estimulada, los electrones de alta energía transitan a un nivel de baja energía bajo la estimulación o inducción de fotones adecuados para las condiciones, emitiendo un fotón de la misma frecuencia que el fotón incidente. La principal característica de la radiación estimulada es que los fotones generados tienen exactamente el mismo estado que los fotones incidentes que la generan. Se encuentran en un estado coherente. Tienen la misma frecuencia y la misma dirección, y es completamente imposible distinguirlos. De esta manera, un fotón se convierte en dos fotones idénticos mediante una emisión estimulada. Esto significa que la luz se intensifica o amplifica.
Analicemos de nuevo qué condiciones se necesitan para obtener una radiación estimulada cada vez más frecuente.
En circunstancias normales, el número de electrones en niveles de alta energía siempre es menor que el número de electrones en niveles de baja energía. Si se desea que los átomos produzcan radiación estimulada, se necesita aumentar el número de electrones en niveles de alta energía, por lo que se requiere una "fuente de bombeo", cuyo propósito es estimular más electrones. Si un exceso de electrones de niveles de baja energía salta a niveles de alta energía, entonces el número de electrones de niveles de alta energía será mayor que el número de electrones de niveles de baja energía, y ocurrirá una "inversión del número de partículas". Un exceso de electrones de niveles de alta energía solo puede permanecer durante un tiempo muy corto. Con el tiempo, saltarán a un nivel de energía más bajo, por lo que aumentará la posibilidad de emisión estimulada de radiación.
Por supuesto, la fuente de bombeo se ajusta para diferentes átomos. Esto provoca la resonancia de los electrones y permite que más electrones de baja energía salten a niveles de alta energía. Los lectores pueden comprender, en esencia, qué es un láser y cómo se produce. Un láser es radiación luminosa que se excita mediante los átomos de un objeto bajo la acción de una fuente de bombeo específica. Esto es un láser.
Fecha de publicación: 27 de mayo de 2024
