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激光是如何产生的,为什么会有如此大的能量?量子态

作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:1345    更新时间:2023/2/28

大家好,今天和大家聊一聊激光是如何产生的。

激光在当今世界,不论是军事领域,还是生活领域都有着十分广泛的应用,所以我们对于激光也比较熟悉,但如果要是问激光是如何产生的,可能大多数人就不太清楚。

激光 

激光,顾名思义,它也是光的一种,与光的产生原理是一致的,但在“光”的前面加了一个“激”,就说明它还不同于普通的光,激光比光能量要大很多,甚至在可以应用在武器上面,好了,废话不多说,下面直接切入正题。

激光从哪里来?

可以肯定的说:激光是从原子中来的,这件事情我们要追溯到100年前,丹麦有一名物理学家为了解释氢光谱量子化的问题,提出了一个全新的原子模型,这位科学家就是后来著名的量子力学哥本哈根学派领袖波尔,故这个全新的原子模型被命名为:波尔模型。

原子中电子的能级跃迁 

波尔模型:原子由原子核与电子构成,原子核居中,电子围绕原子核做运动,不过电子的运动并不是随意的,但是有几条特定的轨道,电子只能在这几条特定的轨道内运动,电子从轨道到另外一条轨道,只能通过跃迁的方式,也就是不连续的、瞬时的跳跃运动。

我们将最靠近原子核的电子轨道称为:基态,这条轨道上的电子能量是最低的

基态之外的第一条轨道称为:第一激发态,这条轨道上的电子会比基态上的电子能量高

第一激发态之外的第一条轨道称为:第二激发态,第二激发态上轨道的电子比第一激发态高

以此类推

如果电子从基态吸收了能量,那么就会跃迁到激发态,如果电子从激发态跃迁到基态,那么就会释放能量,光的产生就源于电子跃迁。

原子的能级

例如:在基态在有一个电子,然后电子受到了外界的影响,例如光照、吸收能量、热量的因素,那么基态的电子就会上高能级轨道跃迁,可能会跃迁到第一激发态,也可能会跃迁到第二激发态,具体跃迁到哪个激发态取决于电子能量接受的大小(量子化)。

当电子吸收能量跃迁到激发态之后,如果没有持续的能量吸收,那么电子过一段时间还会跃迁回到基态,并且在这个过程中释放能量,跃迁过程中释放能量的就是光,我们之前使用的日光灯管的就是通过原子跃迁的原理发光的。

其实激光的产生也是粒子跃迁,更准确的说是源于爱因斯坦基于粒子跃迁提出的受激辐射

受激辐射

爱因斯坦提出了这样一个假设:假设一个电子正处于第二激发态,准备向第一激发态跃迁(时间不确定),根据上面我们说讲的,电子从高能级向低能级跃迁时需要以光的形式释放能量,那么当电子还没有进行跃迁的时候,恰好有一道光射进来,而且这道光的能量恰好等于电子向低能级跃迁释放能量,那么会发生什么情况呢?

爱因斯坦

这道光就会诱导电子马上跃迁到第一激发态,并且释放出和这道光能量、相位一模一样的光,如果第二激发态上还有电子,那么前一个电子释放的光还会继续诱导下一个电子释放光,传之无穷,有点类似于多米诺骨牌效应的感觉。

所以说如果我们想要制造出能量很强的光,我们就需要满足两个条件

一、有一个能量很强的光源作为诱导

二、有很多处于高能级的电子,在正常情况下,低能级的电子是要大于高能级电子的,这种情况是无法产生激光的,想要产生激光就必须实现粒子数反转,也就是要高能级电子的数量大于低能级电子的数量

激光的工作原理

在1958年,第一台激光器终于被制造出来,原理是利用氙灯作为诱导光源,然后通过电子在不同能级进行跃迁的方式复制出大量高能量的光,于是激光就诞生了。


Tags:激光,工作原理,光学科技  
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