1. Лазер генерациясе принцибы
Атом төзелеше кечкенә Кояш системасына охшаган, аның уртасында атом төше урнашкан. Электроннар атом төше тирәсендә даими әйләнеп торалар, һәм атом төше дә даими әйләнеп тора.
Төш протоннар һәм нейтроннардан тора. Протоннар уңай зарядлы, ә нейтроннар зарядсыз. Бөтен төш белән йөртелгән уңай зарядлар саны бөтен электроннар белән йөртелгән тискәре зарядлар санына тигез, шуңа күрә атомнар, гадәттә, тышкы дөньяга нейтраль.
Атом массасына килгәндә, атом массасының күпчелек өлешен төш туплый, һәм барлык электроннар биләгән масса бик аз. Атом структурасында төш кечкенә генә урын били. Электроннар төш тирәсендә әйләнәләр, һәм электроннарның активлык өчен күпкә зуррак урыны бар.
Атомнарның "эчке энергиясе" бар, ул ике өлештән тора: берсе - электроннарның орбита тизлеге һәм билгеле бер кинетик энергиясе; икенчесе - тискәре зарядлы электроннар белән уңай зарядлы төш арасында ераклык бар, һәм билгеле бер күләмдә потенциаль энергия бар. Барлык электроннарның кинетик энергиясе һәм потенциаль энергиясе суммасы бөтен атомның энергиясе, ул атомның эчке энергиясе дип атала.
Барлык электроннар да ядрә тирәсендә әйләнә; кайвакыт ядрәгә якынрак булганда, бу электроннарның энергиясе кечерәк була; кайвакыт ядрәдән ераграк булганда, бу электроннарның энергиясе зуррак була; барлыкка килү ихтималы буенча, кешеләр электрон катламын төрле "Энергия дәрәҗәсенә" бүләләр; билгеле бер "Энергия дәрәҗәсендә" еш әйләнеп йөрүче берничә электрон булырга мөмкин, һәм һәр электронның билгеләнгән орбитасы юк, ләкин бу электроннарның барысы да бер үк энергия дәрәҗәсенә ия; "Энергия дәрәҗәләре" бер-берсеннән изоляцияләнгән. Әйе, алар энергия дәрәҗәләре буенча изоляцияләнгән. "Энергия дәрәҗәсе" төшенчәсе электроннарны энергия буенча дәрәҗәләргә генә түгел, ә электроннарның орбиталы киңлеген дә берничә дәрәҗәгә бүлә. Кыскасы, атомның берничә энергия дәрәҗәсе булырга мөмкин, һәм төрле энергия дәрәҗәләре төрле энергияләргә туры килә; кайбер электроннар "түбән энергия дәрәҗәсендә" әйләнә, ә кайбер электроннар "югары энергия дәрәҗәсендә" әйләнә.
Хәзерге вакытта урта мәктәп физика китапларында билгеле атомнарның структура үзенчәлекләре, һәр электрон катламында электроннар таралу кагыйдәләре һәм төрле энергия дәрәҗәләрендәге электроннар саны ачык күрсәтелгән.
Атом системасында электроннар, нигездә, катламнарда хәрәкәтләнә, кайбер атомнар югары энергия дәрәҗәсендә, ә кайберләре түбән энергия дәрәҗәсендә; чөнки атомнар һәрвакыт тышкы мохит (температура, электр, магнетизм) йогынтысында булалар, югары энергия дәрәҗәсендәге электроннар тотрыксыз һәм үзеннән-үзе түбән энергия дәрәҗәсенә күчә, аның йогынтысы йотылырга яки махсус кузгату эффектлары китереп чыгарырга һәм "үзеннән-үзе эмиссия" китереп чыгарырга мөмкин. Шуңа күрә, атом системасында югары энергия дәрәҗәсендәге электроннар түбән энергия дәрәҗәсенә күчкәндә, ике күренеш булачак: "үзеннән-үзе эмиссия" һәм "стимуллаштырылган эмиссия".
Үзеннән-үзе нурланыш вакытында, югары энергияле халәтләрдәге электроннар тотрыксыз һәм тышкы мохит (температура, электр, магнетизм) йогынтысында үзеннән-үзе түбән энергияле халәтләргә күчә, һәм артык энергия фотоннар рәвешендә нурланышлана. Бу төр нурланышның үзенчәлеге шунда ки, һәр электронның күчүе бәйсез рәвештә башкарыла һәм очраклы була. Төрле электроннарның үзеннән-үзе нурланыш фотон халәтләре төрле. Яктылыкның үзеннән-үзе нурланышы "когерент булмаган" халәттә һәм таралган юнәлешләргә ия. Ләкин, үзеннән-үзе нурланыш атомнарның үз үзенчәлекләренә ия, һәм төрле атомнарның үзеннән-үзе нурланыш спектрлары төрле. Бу турыда сөйләгәндә, ул кешеләргә физикадагы төп белемнәрне искә төшерә: "Теләсә нинди җисем җылылык нурландыра ала, һәм җисем электромагнит дулкыннарны өзлексез сеңдерә һәм чыгара ала. Җылылык белән нурландырылган электромагнит дулкыннарның билгеле бер спектр таралышы бар. Бу спектр таралышы җисемнең үзлеге һәм аның температурасы белән бәйле." Шуңа күрә җылылык нурланышының булу сәбәбе - атомнарның үзеннән-үзе нурланышы.
Стимуллаштырылган нурланышта югары энергияле дәрәҗәдәге электроннар "шартларга туры килә торган фотоннар"ның "стимуллаштыруы" яки "индукциясе" астында түбән энергияле дәрәҗәгә күчәләр һәм төшкән фотон белән бер үк ешлыктагы фотонны нурландыралар. Стимуллаштырылган нурланышның иң зур үзенчәлеге шунда ки, стимуллаштырылган нурланыш белән барлыкка килгән фотоннар стимуллаштырылган нурланыш барлыкка китерә торган төшкән фотоннар белән бер үк хәлдә. Алар "когерент" хәлдә. Аларның бер үк ешлыгы һәм бер үк юнәлеше бар, һәм алар арасындагы аерманы аеру бөтенләй мөмкин түгел. Шулай итеп, бер фотон бер стимуллаштырылган нурланыш аша ике бер үк фотонга әйләнә. Бу яктылыкның көчәюен яки "көчәйтелүен" аңлата.
Хәзер тагын бер тапкыр анализлыйк, ешрак һәм ешрак стимуллаштырылган нурланыш алу өчен нинди шартлар кирәк?
Гадәти шартларда, югары энергия дәрәҗәләрендәге электроннар саны һәрвакыт түбән энергия дәрәҗәләрендәге электроннар саныннан азрак була. Әгәр дә сез атомнарның стимуллаштырылган нурланыш җитештерүен телисез икән, югары энергия дәрәҗәләрендәге электроннар санын арттырырга телисез, шуңа күрә сезгә күбрәк стимуллаштыру максаты куелган "насос чыганагы" кирәк. Бик күп түбән энергия дәрәҗәсендәге электроннар югары энергия дәрәҗәләренә сикерә, шуңа күрә югары энергия дәрәҗәсендәге электроннар саны түбән энергия дәрәҗәсендәге электроннар саныннан күбрәк булачак, һәм "кисәкчәләр саны киресе" барлыкка киләчәк. Бик күп югары энергия дәрәҗәсендәге электроннар бик кыска вакытка гына кала ала. Вакыт түбән энергия дәрәҗәсенә сикерәчәк, шуңа күрә стимуллаштырылган нурланыш чыгару мөмкинлеге артачак.
Әлбәттә, "насос чыганагы" төрле атомнар өчен билгеләнгән. Ул электроннарны "резонанс" итә һәм күбрәк түбән энергияле электроннарның югары энергияле дәрәҗәләргә сикерүенә мөмкинлек бирә. Укучылар, нигездә, лазер нәрсә ул икәнен аңлый алалар. Лазер ничек җитештерелә? Лазер - билгеле бер "насос чыганагы" тәэсирендә объект атомнары тарафыннан "кузгатыла торган" "яктылык нурланышы". Бу - лазер.
Бастырылган вакыты: 2024 елның 27 мае
