برخی از بخش های مربوط به فیزیک لیزرها

قسمت اول فیزیک لیزر

فیزیک کوانتوم.

جهان دارای دو نوع اساسی کوانتیزه است :

به طور مداوم به عنوان مثال سرعت

برای مثال امواج ایستاده و هارمونیک

مقادیر زیادی در فیزیک مولکولی، اتمی و زیر اتمی به صورت کوانتومی است.   فیزیک کلاسیک فرض کرد که اینها مداوم بوده و تنها پس از ظهور فیزیک کوانتومی (c1900) مدلهای ساختار اتمی و تابش الکترومغناطیسی ممکن بود.

اکثر منابع نور گرم یا جامدات گرم هستند (به عنوان مثال رشته های تنگستن با حرارت الکتریکی) که طیفی از طول موج ها را منتشر می کنند که شدت نسبی آن وابسته به درجه حرارت است. فیزیکدانان کلاسیک دریافتند متغیرهای زیادی برای تجزیه و تحلیل وجود دارد، به طوری که برای ساده کردن چیزهایی که فرد "رادیاتور حفره" را اختراع کرد، به سادگی یک جامد توخالی با سوراخ در کنار آن بود. هنگامی که به دمای خاصی گرم می شود، نور از سوراخ روشن تر از خارج است. این نیز تا حد زیادی مستقل از مواد مورد استفاده برای ایجاد رادیاتور است و به سادگی با دمای متفاوت است. با این وجود، فیزیکدانان کلاسیک با استفاده از نظریه موج نور هنوز نمیتوانند شدت نسبی طول موجهای مختلف این حفره یا تابش سیاه را توضیح دهند.

در سال 1900، ماکس پلانک متوجه شد که اتمها در حفره به عنوان نوسانگرهای الکترومغناطیسی رفتار می کنند که می توانند نور را از داخل حفره و نور را جذب کنند، اما فقط در فرکانس های مشخصی. او نتیجه گرفت که اتمها نمیتوانند پیوندی از انرژیهای مختلف داشته باشند، اما تنها انرژیهایی که از معادله به دست میآید:

E = nhv

جایی که

E = انرژی

n = یک عدد انتگرال

h = ثابت پلانک

V = فرکانس

همچنین اتمها نمیتواند به طور مداوم، فقط در 'کوانتا' پخش شوند، و تنها زمانی که اتم از حالت انرژی بالا به پایینترین حالت حرکت کرد. پلانک، با این حال، همچنان از نور به عنوان موجی فکر می کرد.

فیزیک کوانتومی و نور :

اگر نور بر روی یک سطح فلز تمیز درخشید، برخی از الکترونها از فلز آزاد می شوند - اثر عکس الکتریکی. اگر فلز در یک لوله خلاء با یک مدار خارجی قرار داده شود، جریان قابل اندازه گیری جریان می یابد. پس از اتصال این به منبع تغذیه ولتاژ که فقط جریان برق عکس را متوقف می کند می تواند اندازه گیری شده و مورد استفاده قرار گیرد .

در سال 1905، آلبرت انیشتین نظریه های پلانک را به مسئله پرداخته و می توانست مشاهدات را توضیح دهد. او معتقد بود که نور امواج پیوسته نیست، اما کوانا فوتونها را نام برد، هر کدام با انرژی E که معادله پلانک را داده است. هر فوتون تک می تواند با یک الکترون تک تعامل داشته باشد به طوری که انرژی که به این الکترون منتقل می شود تنها به انرژی فوتون و به تبع آن فرکانس آن بستگی دارد. افزایش شدت نور، تعداد الکترونهای آزاد الکترون را افزایش می دهد و بنابراین جریان. انتشار بلافاصله شروع می شود، زیرا تمام انرژی مورد نیاز برای انتشار الکترونیک الکترون در یک فوتون تنها وجود دارد.

نور و لیزر

هنگامی که یک فوتون با یک الکترون محدود می شود، ممکن است انرژی کافی برای غلبه بر نیروهای اتصال نداشته باشد. در این مورد فوتون توسط الکترون جذب می شود، اما الکترون از اتم آزاد نمی شود. در عوض، آن را به سطح انرژی بالاتر پرتاب می کند، اتم را از حالت زمین آن با انرژی "E1" به سطح انرژی بالاتر می برد، می گوید: "E2". اگر فوتون جذب شده انرژی E = hv داشته باشد، افزایش انرژی الکترون نیز خواهد بود یعنی E2 - E1 = hv.

وارونگی جمعیت :

اگر یک ماده در تعادل حرارتی در دمای T باشد، توزیع اتمها در یک حالت انرژی پایین تر نسبت به آنهایی که در حالتهای بالاتر هستند، به طور معمول به حالت پایین تر متمایل می شود. اگر N1 چگالی اتم ها در حالت پایین تر و N2 چگالی اتم های هیجان بیشتر باشد .

وارونگی جمعیت. تبدیل مجدد جمعیت در فیزیک توزیع مجدد انرژی اتمی که در یک سیستم اتفاق می افتد به طوری که عمل لیزر رخ می دهد. به طور معمول، یک سیستم اتم ها در تعادل دما است و همیشه در اتم های انرژی پایین بیشتر از اتم های بیشتری وجود دارد.

T = دما در کلوین

k = ثابت بولتزمن