Читайте также:
|
Не можна зрозуміти принцип дії лазера, якщо не з’ясувати сутність того, що саме відбувається в активному елементі і в оптичному резонаторі.
Згадаємо, що енергія атома чи молекули квантується чи змінюється не безмірно, а приймає лише деякі визначені значення. Цим значенням відповідають так звані енергетичні рівні. Перехід з одного енергетичного рівня на іншій відбувається стрибком (рис.4.3, а,б). При цьому поглинається чи випускається відповідна порція випромінювання – квант світла, або фотон. При переході атома на більш високий енергетичний рівень фотон поглинається. При цьому енергія фотона йде на збудження атома (рис.4.3,а). Якщо ж атом переходить на більш низький рівень, відбувається вихід фотона. Енергія збудження атома, що звільняється, йде на народження фотона (рис.4.3,б). Енергія поглиненого чи випущеного фотона дорівнює різниці енергій рівнів атома, між якими відбувся даний перехід. Згадаємо, що енергія фотона дорівнює h×n, де n – частота світла, h – постійна Планка (h = 6,6× 
Дж×с).
Світло поглинається Світло випромінюєтся
а) б)
Рисунок 4.3 – Схема переходу атомів знизу вверх (а) і навпаки (б)
Нехай якийсь з атомів знаходиться на нижньому рівні Е 
. Такий атом може поглинути фотон з енергією Е 
- Е 
и зробити стрибок з рівня Е на рівень Е 
. Це і є одиничний акт поглинання світла речовиною.
Атом, що знаходиться на верхньому енергетичному рівні, не може поглинути ще один фотон. Але він може під впливом фотона повернутися на нижній рівень Е . При цьому народиться ще один фотон, що має енергію Е 
- Е . Це одиничний акт змушеного випущення світла. Його «змушує» первинний фотон, що грає роль «спускового механізму», який «зіштовхує» атом з верхнього енергетичного рівня на нижній. Фотон, що народжується, – «вторинний» – буде точною копією первинного фотона. Обидва фотони мають ту саму енергію, той самий напрямок руху.
Можна уявити картину, коли первинний фотон ініціює перехід з верхнього на нижній рівень відразу в багатьох збуджених атомах. У результаті з'явиться не один вторинний фотон, а ціла лавина таких фотонів. Усі вони будуть мати однакову енергію і летіти в одному напрямку – напрямку руху первинного фотона. Така фотонна лавина й утворить когерентний світловий пучок. Такий пучок повинен відрізнятися високою монохромністю і спрямованістю. Монохромність лавини вимушено випущених фотонів обумовлена тим, що усі фотони в ній мають ту саму енергію – енергію первинного фотона Е - Е , а значить ту саму частоту. Висока спрямованість розглянутої фотонної лавини обумовлена тим, що усі фотони летять у напрямку, заданому первинним фотоном. Таким чином, можливість одержання когерентних світлових пучків закладена в самій природі змушеного випускання світла атомами і молекулами речовини (рис. 4.4). Отже, взаємодія світла з атомами і молекулами речовини зводиться до трьох елементарних процесів: поглинанню фотонів атомами (рис. 4.4,а) і двом процесам випускання фотонів – спонтанному (рис. 4.4,б) і вимушеному (рис. 4.4, в)
Поглинання світла
а)
Спонтанне випромінювання світла
б)
Вимушене випромінювання світла
в)
Рисунок 4.4 – Механізм взаємодії світла з атомами і молекулами речовини: а-фотон поглинається; б- виникає спонтанне випромінювання фотона внаслідок спонтанного переходу атома зі збудженого стану в основий; в- фотон ініціює перехід атома в основний стан з народженням ще одного фотона
Саме по собі середовище, у якому створена інверсна населеність рівнів (і де змушене випускання світла переважає над його поглинанням), може працювати тільки як підсилювач світла. Щоб перетворити підсилювач у генератор світла, тобто одержати лазер, необхідно помістити це середовище усередину оптичного резонатора, що направляє процеси в «потрібне русло» і формує лазерний промінь.
Дата добавления: 2015-09-11; просмотров: 70 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |