Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Квантові-оптичні генератори(лазери) - Coggle Diagram
Квантові-оптичні генератори(лазери)
Спонтанне і вимушене випромінювання
Випромінювання, що виникає внаслідок спон танного переходу атомів у стан із нижчим рів нем енергії, називають
спонтанним випромінюванням.
Час життя атома у збудженому стані зазвичай є дуже нетривалим і становить 10^(–9)–10^(–10) с, після чого атом «самостійно» (спонтанно) по вертається в основний стан із випромінюванням фотонів (або фотона) чітко визначених частот.
Спонтанне випромінювання некогерентне, адже кожен атом починає і закінчує випромі нювати незалежно від інших. Проте в деяких випадках перехід атома зі збудженого стану в основний може відбуватися вимушено.
Випромінювання, яке виникає під впливом зо внішньої електромагнітної хвилі, називають
індукованим (вимушеним) випромінюванням.
Природно, що індуковане випромінювання ініціюється не будь-якою електромагнітною хви лею, а лише хвилею, яка має частоту, що дорів нює
власній частоті переходу.
Власна частота переходу
— частота фотона, унаслідок поглинання якого атом переходить з основного стану в збуджений.
Є речовини, атоми яких мають збуджені стани, в яких вони можуть перебувати протягом доволі тривалого часу, порядку 10–3 с. Такі збуджені стани атомів називають
метастабільними
.
Інду коване випромінювання таких атомів спричи нило появу принципово нового типу генераторів світла —
квантових генераторів.
Особливостями індукованого випромінювання є його
монохрома тичність і когерентність.
Як працює квантовий генератор?
Квантовий генератор
— це джерело електромагнітних хвиль, дія якого будується на явищі вимушеного випромінювання.
Перший квантовий генератор був створений у 1954 р. двома групами радіофізиків — Миколою Геннадійовичем Басовим, Олександром Михайловичем Прохоровим і групою учених під керівництвом Чарлза Гарда Таунса
У 1960 р. були створені перші
лазери
— квантові генератори, які працюють в оптичному діапазоні.
Принцип роботи лазерів такий. Якщо на збуджений атом падає фотон, енергія якого дорівнює енергії збудження, то взаємодія цього фотона зі збудженим атомом спричиняє повернення атома в основний стан із випромінюванням вторинного фотона. Напрямок руху та енергія вторинного фотона такі самі, як у фотона, що спричинив випроміню вання, тобто виникають два фотони-«близнюки» (рис. 38.1). Якщо в речовині буде багато збуджених атомів, то кожний із фотонів-«близнюків» спричи нить появу двох нових «близнюків» і т. д. Урешті-решт виникне «лавина» фотонів з однаковими характеристиками.
Процес переведення атомів з основного стану в збуджений називають накачуванням, а лампу, яку використовують для цього, —
лампою накачування.
Різні види квантових генераторів
Квантові генератори мають різні назви залежно від того, яку довжину хвилі випромінює генератор
Першим квантовим гене ратором був
мазер
— при стрій, який випромінював когерентні електромагнітні хвилі в міліметровому радіо діапазоні
Квантові генератори ін шого типу —
лазери
— працюють в оптичному діапазоні шкали електро магнітних хвиль
Разер
— квантовий ге нератор, який випромінює рентгенівські хвилі.
Де застосовують лазери
Сучасні квантові генератори є досить різ номанітними: вони працюють у різних діапа зонах довжин хвиль (мазери, лазери, разери, газери), мають різну активну речовину (твер дотілі, газові, напів провідникові, рідкі).
Лазерні пучки застосовують у космето логії та медицині, зокрема в хірургії, офталь мології і тд.
Потужні лазери, зокрема інфрачервоні на вуглекислому газі, використовують для обробки матеріалів (різання, зварювання, свердління) — за допомогою сфокусованого лазерного пучка.
Лише за допомогою лазерів удалося реалі зувати новий метод отримання зображень триви мірних об’єктів — голографію.
Передаючи лазерні пучки за допомогою во локонно-оптичного кабелю, здійснюють телефонний і телевізійний зв’язок.
