Bài giới thiệu ngắn về lịch sử phát triển của máy laser và các loại máy laser, cũng như các tính chất và ứng dụng của laser đã được trình bày trong phần đầu tiên, tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu về nguyên lý hình thành của laser. Laser. Nguyên lý hình thành Hôm nay, mình sẽ chia sẻ với các bạn một số kiến thức nhỏ về nguyên lý củ Bạn có biết laser được tạo ra như thế nào không?

Một: Lý thuyết hấp thụ và phát xạ ánh sáng

Trước khi hiểu rõ cách hình thành của laser, chúng ta cần nắm vững một số khái niệm cơ bản về lý thuyết hấp thụ và phát xạ ánh sáng của Einstein:

Hình một: Mô hình nguyên tử Bohr

Tương tác : Nguyên tử hấp thụ hoặc giải phóng năng lượng từ một mức năng lượng nhất định để trở thành mức năng lượng khác.

Khi chịu tác động của trường bức xạ tần số ánh sáng, vật chất có thể xảy ra hiện tượng Phát xạ tự phát, hấp thụ kích thích, phát xạ kích thích.

1.1 Phát xạ tự phát

Các hạt trong trạng thái kích thích ở mức năng lượng cao sẽ tự động nhảy xuống mức năng lượng thấp hơn E ₂ mà không cần sự can thiệp bên ngoài, đồng thời phát ra một photon. E ₁ Trong đó

là hằng số Planck, h là tần số, phát xạ tự phát chỉ liên quan đến bản chất của vật chất mà không phụ thuộc vào trường bức xạ. h =6.626*10 ^-34 J.s， v Hình hai:

Phát xạ tự phát 1.2 Hấp thụ kích thích

Các hạt hấp thụ photon bên ngoài có năng lượng hv và nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao hơn

, và =hv, quá trình này gọi là E ₁ Hấp thụ kích thích E ₂ Hình ba: Hấp thụ kích thích E ₂ - E ₁ 1.3 Phát xạ kích thích Các hạt ở mức năng lượng cao hơn dưới tác động của photon bên ngoài 。

(tần số vừa đủ thỏa mãn hv=)

sẽ nhảy xuống mức năng lượng thấp hơn và phát ra photon giống như photon bên ngoài, điều này được gọi là

Phát xạ kích thích E ₂ Ánh sáng được phóng đại từ phát xạ kích thích được gọi là ánh sáng tương quang, gọi là Hình bốn: Phát xạ kích thích Hình năm: Biểu đồ phóng đại ánh sáng từ phát xạ kích thích E ₂ - E ₁ Hai: Ba yếu tố tạo nên laser E ₁ Sau khi hiểu rõ các khái niệm cơ bản về lý thuyết hấp thụ và phát xạ ánh sáng của Einstein, tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu về cấu trúc cơ bản và điều kiện cần thiết để tạo ra laser (Ba yếu tố) 。

1, Thực hiện đảo ngược số lượng phân tử - Laser. 。

Chất làm việc

2, Kích thích nguyên tử bị kích hoạt -

Nguồn kích thích

3, Thực hiện phóng đại ánh sáng - Cavity quang học ： Do đó, cấu trúc cơ bản để tạo ra laser gồm ba phần sau: ：

Cavity quang học, môi trường tăng cường (trung gian tạo laser), nguồn kích thích Bây giờ chúng ta sẽ giới thiệu chi tiết ba thành phần cấu trúc cơ bản này:

2.1 Môi trường tăng cường (trung gian tạo laser) Việc tạo ra laser phải chọn chất làm việc phù hợp, có thể là

Khí, chất lỏng, chất rắn hoặc bán dẫn Để thực hiện đảo ngược số lượng phân tử

, tạo điều kiện cần thiết cho việc tạo ra laser

2.2 Nguồn kích thích

Để tạo ra sự đảo ngược số lượng phân tử trong chất làm việc, cần dùng phương pháp nhất định để kích thích hệ thống nguyên tử, làm cho

Số lượng các hạt ở mức năng lượng cao tăng lên

. Thường dùng phương pháp phóng điện khí để sử dụng electron có động năng kích thích nguyên tử trung gian, được gọi là Kích thích điện; Các môi trường khí như: hỗn hợp heli-neon, hơi đồng, khí argon, krypton, carbon dioxide và nitơ; môi trường chất lỏng chủ yếu là các hợp chất hữu cơ (dye); môi trường rắn như: hồng ngọc, ytrium-aluminate doped neodymium (Nd:YAG), thủy tinh doped neodymium và sapphire doped titan; môi trường bán dẫn như: arsenic gallium (GaAs), sulfua cadmium (CdS), phospho indium (InP) và sulfua kẽm (ZnS). Trong những môi trường này có thể Cũng có thể sử dụng nguồn sáng xung để chiếu vào chất làm việc, được gọi là Kích thích quang; Ngoài ra còn có Sự tồn tại của cấp năng lượng tạm thời đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được đảo ngược số lượng hạt. game bài đổi thưởng 2025 Hiện tại đã có hàng nghìn loại môi trường làm việc khác nhau, cho phép sản xuất các bước sóng laser từ vùng tử ngoại đến vùng hồng ngoại xa, rất đa dạng.

Kích thích nhiệt

Kích thích hóa học 2.3 Cavity quang học Cavity quang học để phóng đại Thực tế, cavity quang học được lắp đặt đối diện nhau ở hai đầu của máy laser Hai tấm gương có độ phản xạ rất cao. Một tấm gần như Phản xạ hoàn toàn , tấm kia 、 Phản xạ hầu hết ánh sáng nhưng cũng có một ít xuyên qua và nhiều cách khác nhau để kích thích. tỉ lệ cược Các phương pháp này thường được hình dung như việc "bơm" hoặc "đẩy" để duy trì số lượng hạt ở cấp năng lượng cao hơn so với cấp năng lượng thấp hơn.

, để ánh sáng laser có thể thoát ra qua tấm gương này. Ánh sáng bị phản xạ trở lại chất làm việc

Khi đã có vật liệu làm việc và nguồn kích thích phù hợp, hiện tượng đảo ngược số lượng hạt có thể xảy ra, nhưng cường độ bức xạ tự phát lúc này rất yếu, không đủ để ứng dụng thực tế. i9bet Do đó, mọi người đã nghĩ đến việc sử dụng Tiếp tục gây ra sự phát xạ kích thích mới, ánh sáng được phóng đại . Do đó, ánh sáng dao động qua lại trong cavity quang học, tạo ra Phản ứng dây chuyền Được phóng đại như hiệu ứng tuyết lở, tạo ra Laser mạnh mẽ , thoát ra từ tấm gương phản xạ một phần. Ánh sáng di chuyển qua lại trong công việc với sự đảo ngược số lượng phân tử làm tăng Số lượng photon trong cavity quang học , tạo ra ánh sáng mạnh mẽ, hiện tượng này được gọi là Dao động quang Ánh sáng cần đáp ứng điều kiện sóng đứng Hình bảy: Biểu đồ minh họa cavity quang học Ba: Nguyên lý laser Phân bố bình thường của số lượng phân tử và phân bố đảo ngược tập trung phân tử:

Hình 6: Sự hình thành của tia laser (ánh sáng phản xạ qua lại trong buồng cộng hưởng, sự lan truyền trong môi trường tăng cường giúp phóng đại ánh sáng và tạo ra tia laser).

Cho thấy số lượng electron ở mức năng lượng thấp lớn hơn số lượng electron ở mức năng lượng cao, sự phân bố này được gọi là Phân bố bình thường của số lượng phân tử , được gọi là Phân bố đảo ngược tập trung phân tử 。

Viết tắt L=kλ/2

Hoặc

Phân bố đảo ngược

Hình tám: Phân bố bình thường và phân bố đảo ngược

N ₁ ＞ N ₂ Kích thích (cũng gọi là ， N ₂ ＞ N ₁ Pumping-pump Hình chín: Biểu đồ mức năng lượng của ion crôm trong ruby Bốn: Máy laser ruby Năm 1960 tháng 5, tại phòng thí nghiệm của hãng Hughes ở bang California, Mỹ, nhà nghiên cứu Maiman Thiết kế và xây dựng một máy phát laser nhỏ gọn, đây là máy laser đầu tiên trên thế giới. Laser sử dụng 。

Thạch anh ruby

Năng lượng từ bên ngoài (như ánh sáng, phóng điện, v.v.) được đưa vào để kích thích các nguyên tử ở cấp năng lượng thấp lên cấp năng lượng cao hơn. Quá trình này được gọi là Làm nền tảng là , trong đó có khoảng 0,05% (theo khối lượng) Cr Hình mười: Sơ đồ cấu trúc của máy laser ruby đầu tiên ）

19605 , Al ₂ O ₃ 0.05%Cr ₂ O _3。

Nếu mình vừa rồi chưa giải thích rõ ràng, các bạn có thể xem video về nguyên lý của tia laser trong series Engineerguy (có phụ đề tiếng Trung). Hẹn gặp lại các bạn ở kỳ sau!

----------