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14
2024
-
05
科普分享|有關激光的工作
作者:
來源：https://physics-and-radio-electronics.com/physics/laser/principlesofworkingofalaser.html
在激光、光子以三種方式與原子相互作用：
- 吸收輻射
- 自發的排放
- 刺激排放
吸收輻射
吸收之輻射是電子在地下的過程 狀態從光子中吸收能量以跳入更高的能級。
這電子非常靠近原子核的軌道處于較低的能量當電子繞軌道運行時，能級或更低能態 離原子核越遠，能量水平越高。 處于較低能級的電子需要一些額外的能量 跳入更高的能量水平。這種額外的能量是 由熱、電等各種能源提供 場，或光。
讓我們考慮兩個能級（E1 和E 2） 的電子。E1 是基態或更低 電子和 E的能量狀態 2 是激發的 電子的狀態或更高能量狀態。電子 基態稱為低能電子或基 狀態電子，而處于激發態的電子是 稱為高能電子或激發電子。
在一般來說，處于低能態的電子不能跳躍進入更高的能量狀態。他們需要足夠的能量 秩序跳躍進入更高的能量狀態。
什么時候光子或光能等于能量差兩個能級（E2 – E1）入射 在原子上，基態電子獲得足夠的能量并跳躍 從基態（E1）到激發態（E2）。
這吸收只有當入射的能量時才會發生輻射或光 光子與兩種能量的能量差完全匹配 級別 （E2 – E1）。
自發的排放
自發的 排放 是處于激發態的電子返回的過程 通過發射光子達到基態。
這電子在激發狀態下只能停留很短的時間。這 激發的電子可以保持在更高能量的時間 狀態 （E2） 稱為激發的壽命 電子。電子在激發態下的壽命為 10-8 秒。
因此 在激發電子的短暫壽命之后，它們會返回 通過釋放能量到較低的能量狀態或基態 以光子的形式。
在自發的發射，電子自然或自發地從一種狀態（高能量狀態）到另一種狀態（低能量狀態）狀態），所以光子的發射也是自然發生的。 因此，我們無法控制激發電子何時 會以光的形式失去能量。
這在自發發射過程中發射的光子構成 普通的不相干光。非相干光是一束 具有頻繁和隨機相位變化的光子 他們。 換句話說，自發發射的光子 發射過程的流動方向不完全相同入射光子。
刺激排放
刺激 排放 是入射光子與 激發電子并迫使其返回基態。
在 刺激 發射時，光能直接提供給被激發的 電子而不是向基態提供光能 電子。
與 自發發射，受激發發射不是 自然過程 這是一個人工過程。
在自發的發射時，處于激發態的電子將保持在那里 直到它的生命周期結束。在完成他們的一生之后， 它們通過釋放能量返回基態 光的形式。
然而 在受激發射中，電子處于激發態 不需要等待完成他們的一生。另一種選擇 技術用于強制將激發的電子返回到 在其壽命完成之前的基態。這 技術被稱為受激發射。
什么時候事件光子與激發的電子相互作用，它迫使激發的電子返回基態。這興奮 電子在落下時以光的形式釋放能量 基態。
在受激發射，發射兩個光子（另外一個光子 光子被發射），一是由于入射光子 另一個是由于興奮的能量釋放 電子。因此，發射了兩個光子。
這刺激與自發相比排放過程非常快，排放過程都受激發射中發射的光子具有相同的能量，相同頻率和同相。因此，所有 光子在受激發射中傳播相同方向。
這受激發射中發射的光子數取決于在較高能級的電子數上或激發態和入射光強度。
它可以寫成：發射數量 光子α激發態的電子數+入射光強度。流動方向不完全相同入射光子。
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