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NWES
14
2024
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05
科普分享|有關(guān)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(fā)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(tài)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(tài) 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(tài)或更低 電子和 E的能量狀態(tài) 2 是激發(fā)的 電子的狀態(tài)或更高能量狀態(tài)。電子 基態(tài)稱為低能電子或基 狀態(tài)電子，而處于激發(fā)態(tài)的電子是 稱為高能電子或激發(fā)電子。
在一般來說，處于低能態(tài)的電子不能跳躍進入更高的能量狀態(tài)。他們需要足夠的能量 秩序跳躍進入更高的能量狀態(tài)。
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(tài)電子獲得足夠的能量并跳躍 從基態(tài)（E1）到激發(fā)態(tài)（E2）。
這吸收只有當入射的能量時才會發(fā)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(fā)的排放
自發(fā)的 排放 是處于激發(fā)態(tài)的電子返回的過程 通過發(fā)射光子達到基態(tài)。
這電子在激發(fā)狀態(tài)下只能停留很短的時間。這 激發(fā)的電子可以保持在更高能量的時間 狀態(tài) （E2） 稱為激發(fā)的壽命 電子。電子在激發(fā)態(tài)下的壽命為 10-8 秒。
因此 在激發(fā)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(tài)或基態(tài) 以光子的形式。
在自發(fā)的發(fā)射，電子自然或自發(fā)地從一種狀態(tài)（高能量狀態(tài)）到另一種狀態(tài)（低能量狀態(tài)）狀態(tài)），所以光子的發(fā)射也是自然發(fā)生的。 因此，我們無法控制激發(fā)電子何時 會以光的形式失去能量。
這在自發(fā)發(fā)射過程中發(fā)射的光子構(gòu)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(fā)發(fā)射的光子 發(fā)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(fā)電子并迫使其返回基態(tài)。
在 刺激 發(fā)射時，光能直接提供給被激發(fā)的 電子而不是向基態(tài)提供光能 電子。
與 自發(fā)發(fā)射，受激發(fā)發(fā)射不是 自然過程 這是一個人工過程。
在自發(fā)的發(fā)射時，處于激發(fā)態(tài)的電子將保持在那里 直到它的生命周期結(jié)束。在完成他們的一生之后， 它們通過釋放能量返回基態(tài) 光的形式。
然而 在受激發(fā)射中，電子處于激發(fā)態(tài) 不需要等待完成他們的一生。另一種選擇 技術(shù)用于強制將激發(fā)的電子返回到 在其壽命完成之前的基態(tài)。這 技術(shù)被稱為受激發(fā)射。
什么時候事件光子與激發(fā)的電子相互作用，它迫使激發(fā)的電子返回基態(tài)。這興奮 電子在落下時以光的形式釋放能量 基態(tài)。
在受激發(fā)射，發(fā)射兩個光子（另外一個光子 光子被發(fā)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(fā)射了兩個光子。
這刺激與自發(fā)相比排放過程非常快，排放過程都受激發(fā)射中發(fā)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(fā)射中傳播相同方向。
這受激發(fā)射中發(fā)射的光子數(shù)取決于在較高能級的電子數(shù)上或激發(fā)態(tài)和入射光強度。
它可以寫成：發(fā)射數(shù)量 光子α激發(fā)態(tài)的電子數(shù)+入射光強度。流動方向不完全相同入射光子。
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