Группа друзей книголюбов 777314382, добро пожаловать на обсуждение сюжета, владелец группы будет время от времени отправлять фотографии.
......
В любой момент времени частица может находиться только в состоянии, соответствующем определенному энергетическому уровню, или, проще говоря, на определенном энергетическом уровне.
При взаимодействии с фотоном частица переходит с одного энергетического уровня на другой, поглощая или излучая фотон соответственно, что делает его более мощным.
Эта ситуация дополнительно подразделяется на вынужденное поглощение и спонтанное излучение.
Частицы на более низких энергетических уровнях возбуждаются внешним миром, то есть взаимодействуют с другими частицами с обменом энергией, такими как неупругие столкновения с фотонами, и при поглощении энергии переходят на более высокий энергетический уровень, соответствующий этой энергии, этот переход называется вынужденным поглощением.
Когда частица возбуждается и переходит в возбужденное состояние, это не стабильное состояние частицы. Если есть более низкий энергетический уровень, который может принять частицу, даже при отсутствии внешнего воздействия, частица имеет определенную вероятность спонтанно перейти из возбужденного состояния с высоким энергетическим уровнем (E2) на низкий основной уровень (E1), одновременно излучая фотоны с энергией (E2-E1), частота фотона ν=(E2-E1)/h.
Этот процесс излучения называется спонтанным излучением.
Свет, излучаемый многими атомами посредством спонтанного излучения, не имеет одинаковой фазы, поляризации и направления распространения и называется некогерентным светом в физике.
В 1917 году Эйнштейн теоретически указал, что помимо спонтанного излучения, частицы на высоком энергетическом уровне E2 могут также переходить на более низкие энергетические уровни другим способом. Он указал, что когда фотон с частотой ν=(E2-E1)/h падает, он также вызывает быстрый переход частицы с энергетического уровня E2 на уровень E1 с определенной вероятностью, и одновременно излучает два фотона с той же частотой и фазой, поляризацией и направлением распространения, что и внешний фотон, этот процесс называется вынужденным излучением.
Можно представить, что если большое количество атомов находится на высоком энергетическом уровне E2, когда фотон с частотой ν=(E2-E1)/h падает, атомы на E2 возбуждаются для генерации вынужденного излучения, и получаются два фотона с точно такими же характеристиками, эти два фотона повторно возбуждают атомы на энергетическом уровне E2 и заставляют их генерировать вынужденное излучение, и можно получить четыре фотона с одинаковыми характеристиками, что означает, что исходный оптический сигнал усилен.
Учитывая это, Чжоу Вэньвэнь могла найти только другой путь, а именно лазер.
Хотя Эйнштейн предложил вынужденное излучение в 1917 году, лазер появился в 1960 году, после разрыва в 43 года. Почему?
Основная причина этого заключается в том, что вероятность вынужденного излучения частиц в обычных источниках света крайне мала.
Когда свет с определенной частотой вводится в рабочее вещество, существуют одновременно вынужденное излучение и вынужденное поглощение. Вынужденное излучение увеличивает количество фотонов, в то время как вынужденное поглощение уменьшает количество фотонов.
Когда вещество находится в тепловом равновесии, распределение частиц на каждом энергетическом уровне следует статистическому распределению частиц в равновесии.
Согласно закону статистического распределения, количество частиц на более низком энергетическом уровне E1 должно быть больше, чем количество частиц на более высоком энергетическом уровне E2.
Таким образом, когда свет проходит через рабочее вещество, энергия света будет только ослабляться, а не усиливаться. Для того чтобы вынужденное излучение доминировало, количество частиц на высоком энергетическом уровне E2 должно быть больше, чем количество частиц на низком энергетическом уровне E1.
Такое распределение прямо противоположно распределению частиц в состоянии равновесия, что называется инверсией населенности, или просто инверсией населенности.
Технический способ реализации инверсии населенности является необходимым условием для генерации лазера.
Теоретические исследования показали, что любое рабочее вещество при соответствующих условиях возбуждения может достичь инверсии населенности между определенными высокими и низкими энергетическими уровнями системы частиц.
Если микроскопические частицы, такие как атомы или молекулы, имеют высокий энергетический уровень E2 и низкий энергетический уровень E1, плотность населения на энергетических уровнях E2 и E1 составляет N2 и N1, существуют спонтанные переходы излучения, вынужденные переходы излучения и вынужденные переходы поглощения между двумя энергетическими уровнями и другие три процесса.
Свет вынужденного излучения, генерируемый вынужденным переходом излучения, имеет ту же частоту, фазу, направление распространения и поляризацию, что и падающий свет.
Поэтому свет вынужденного излучения, производимый большим количеством частиц, возбужденных одним и тем же когерентным излучением, является когерентным. И вероятность вынужденного перехода излучения, и вероятность вынужденного перехода поглощения пропорциональны монохроматической энергетической плотности падающего излучения.
Когда статистические веса двух энергетических уровней равны, вероятности двух процессов равны.
В состоянии теплового равновесия N2 N1, это состояние называется состоянием инверсии населенности.
В этом случае доминируют вынужденные переходы излучения. После прохождения света через активный материал лазера (активный материал) длиной l, находящийся в состоянии инверсии населенности частиц, интенсивность света увеличивается в eGl раз.
G — коэффициент, пропорциональный (N2-N1), называемый коэффициентом усиления, и его величина также связана с свойствами активного материала лазера и частотой световой волны.
Кусок активированного вещества является лазером-усилителем.
Если кусок активированного вещества помещен в оптический резонатор, состоящий из двух параллельных зеркал (по крайней мере, одно из которых частично прозрачно), частицы на высоких энергетических уровнях будут производить спонтанное излучение во всех направлениях.
Глава 74 Объявление проекта Теодора Меймана
Обновлено: 09.04.2026