1. 레이저 발생 원리
원자 구조는 중앙에 원자핵이 있는 작은 태양계와 같습니다. 전자는 원자핵 주위를 끊임없이 회전하고 있으며, 원자핵도 끊임없이 회전하고 있습니다.
핵은 양성자와 중성자로 구성되어 있습니다. 양성자는 양전하를 띠고 중성자는 전하를 띠지 않습니다. 전체 핵이 가지고 있는 양전하의 수는 전체 전자가 가지고 있는 음전하의 수와 동일하므로 일반적으로 원자는 외부 세계에 대해 중성입니다.
원자의 질량에 관한 한, 핵은 원자 질량의 대부분을 집중시키고 모든 전자가 차지하는 질량은 매우 작습니다. 원자 구조에서 핵은 작은 공간만을 차지합니다. 전자는 핵 주위를 회전하며 전자는 활동할 수 있는 공간이 훨씬 더 큽니다.
원자는 두 부분으로 구성된 "내부 에너지"를 가지고 있습니다. 하나는 전자가 궤도 속도와 특정 운동 에너지를 가지고 있다는 것입니다. 다른 하나는 음전하를 띤 전자와 양전하를 띤 핵 사이에 거리가 있고 일정량의 위치 에너지가 있다는 것입니다. 모든 전자의 운동에너지와 위치에너지의 합은 원자 전체의 에너지이며, 이를 원자의 내부에너지라 한다.
모든 전자는 핵 주위를 회전합니다. 때로는 핵에 더 가까울수록 이러한 전자의 에너지는 더 작습니다. 때로는 핵에서 더 멀리 떨어져 있을수록 전자의 에너지가 더 커집니다. 발생 확률에 따라 사람들은 전자층을 서로 다른 "에너지 수준"으로 나눕니다. 특정 "에너지 수준"에는 자주 궤도를 도는 여러 전자가 있을 수 있으며 각 전자는 고정된 궤도를 갖지 않지만 이러한 전자는 모두 동일한 수준의 에너지를 갖습니다. "에너지 수준"은 서로 격리되어 있습니다. 예, 에너지 수준에 따라 격리되어 있습니다. '에너지 준위'라는 개념은 전자를 에너지에 따라 여러 준위로 나눌 뿐만 아니라, 전자의 궤도 공간을 여러 준위로 나누는 개념이기도 합니다. 간단히 말해서, 원자는 여러 에너지 준위를 가질 수 있으며, 서로 다른 에너지 준위는 서로 다른 에너지에 해당합니다. 일부 전자는 "낮은 에너지 준위"에서 궤도를 돌고 일부 전자는 "높은 에너지 준위"에서 궤도를 돌고 있습니다.
요즘 중학교 물리학 책에는 특정 원자의 구조적 특성, 각 전자층의 전자 분포 규칙, 다양한 에너지 준위의 전자 수 등이 명확하게 표시되어 있습니다.
원자 시스템에서 전자는 기본적으로 층 단위로 이동하며, 일부 원자는 에너지 준위가 높고 일부 원자는 에너지 준위가 낮습니다. 원자는 항상 외부 환경(온도, 전기, 자기)의 영향을 받기 때문에 높은 에너지 준위의 전자는 불안정하고 자발적으로 낮은 에너지 준위로 전이되어 그 효과가 흡수되거나 특별한 여기 효과를 생성하여 " 자연 방출”. 따라서 원자계에서는 고에너지 준위의 전자가 저에너지 준위로 전환될 때 '자발 방출'과 '유도 방출'이라는 두 가지 현상이 나타납니다.
자연방사란 고에너지 상태의 전자는 불안정하고 외부 환경(온도, 전기, 자기)의 영향을 받아 자발적으로 저에너지 상태로 이동하며, 과잉 에너지는 광자의 형태로 방출됩니다. 이러한 유형의 방사선의 특징은 각 전자의 전이가 독립적으로 무작위로 수행된다는 것입니다. 서로 다른 전자의 자연 방출의 광자 상태는 다릅니다. 빛의 자연 방출은 "비간섭" 상태에 있으며 방향이 흩어집니다. 그러나 자발 방사선은 원자 자체의 특성을 가지며, 서로 다른 원자의 자발 방사선 스펙트럼은 다릅니다. 이에 대해 말하면 “모든 물체는 열을 방출하는 능력이 있고, 물체는 전자기파를 지속적으로 흡수하고 방출하는 능력을 가지고 있다. 열에 의해 방사되는 전자기파는 일정한 스펙트럼 분포를 가지고 있습니다. 이 스펙트럼 분포는 물체 자체의 특성 및 온도와 관련이 있습니다.” 따라서 열복사가 존재하는 이유는 원자의 자연 방출 때문입니다.
유도 방출에서는 "조건에 적합한 광자"의 "자극" 또는 "유도"에 따라 고에너지 준위의 전자가 저에너지 준위로 전이되고 입사된 광자와 동일한 주파수의 광자를 방출합니다. 자극 방사선의 가장 큰 특징은 자극 방사선에 의해 생성된 광자가 자극 방사선을 생성하는 입사 광자와 정확히 동일한 상태를 갖는다는 것입니다. 그들은 "일관된" 상태에 있습니다. 그것들은 동일한 주파수와 동일한 방향을 가지고 있어 둘을 구별하는 것은 전혀 불가능합니다. 그 사이의 차이점. 이러한 방식으로 하나의 광자는 하나의 자극 방출을 통해 두 개의 동일한 광자가 됩니다. 이는 빛이 강화되거나 "증폭"된다는 의미입니다.
이제 다시 분석해 보겠습니다. 자극 방사선을 점점 더 자주 얻으려면 어떤 조건이 필요합니까?
정상적인 상황에서는 높은 에너지 준위의 전자 수는 항상 낮은 에너지 준위의 전자 수보다 적습니다. 원자가 자극 방사선을 생성하려면 높은 에너지 준위의 전자 수를 늘리고 싶기 때문에 더 많은 자극을 목적으로 하는 "펌프 소스"가 필요합니다. 낮은 에너지 준위의 전자가 너무 많아 고에너지 준위로 점프합니다. , 따라서 고에너지 준위 전자의 수가 저에너지 준위 전자의 수보다 많아지고 "입자 수 반전"이 발생합니다. 너무 많은 고에너지 준위 전자는 매우 짧은 시간 동안만 머무를 수 있습니다. 시간은 더 낮은 에너지 준위로 이동하므로 방사선의 유도 방출 가능성이 증가합니다.
물론 "펌프 소스"는 다른 원자에 대해 설정됩니다. 이는 전자를 "공명"시키고 더 낮은 에너지 수준의 전자가 높은 에너지 수준으로 점프할 수 있도록 합니다. 독자들은 기본적으로 레이저란 무엇인지 이해할 수 있습니다. 레이저는 어떻게 생산되나요? 레이저는 특정 "펌프 소스"의 작용으로 물체의 원자에 의해 "여기되는" "광선"입니다. 이것은 레이저입니다.
게시 시간: 2024년 5월 27일
