1. Lazer üretiminin prensibi
Atom yapısı, ortasında atom çekirdeği bulunan küçük bir güneş sistemine benzer. Elektronlar sürekli olarak atom çekirdeğinin etrafında döner ve atom çekirdeği de sürekli olarak döner.
Çekirdek, proton ve nötronlardan oluşur. Protonlar pozitif yüklü, nötronlar ise yüksüzdür. Çekirdeğin tamamının taşıdığı pozitif yük sayısı, elektronların tamamının taşıdığı negatif yük sayısına eşittir; bu nedenle atomlar genellikle dış dünyaya karşı nötrdür.
Atomun kütlesi söz konusu olduğunda, çekirdek atomun kütlesinin büyük bir kısmını yoğunlaştırır ve tüm elektronların kapladığı kütle çok küçüktür. Atom yapısında, çekirdek yalnızca küçük bir alanı kaplar. Elektronlar çekirdeğin etrafında döner ve elektronların hareket alanı çok daha geniştir.
Atomların iki kısımdan oluşan "iç enerjisi" vardır: Birincisi, elektronların yörünge hızı ve belirli bir kinetik enerjisi; ikincisi ise negatif yüklü elektronlar ile pozitif yüklü çekirdek arasında bir mesafe olması ve belirli bir potansiyel enerjinin bulunmasıdır. Tüm elektronların kinetik enerjisi ve potansiyel enerjisinin toplamı, atomun tüm enerjisidir ve buna atomun iç enerjisi denir.
Tüm elektronlar çekirdeğin etrafında döner; bazen çekirdeğe daha yakın olduklarında bu elektronların enerjisi daha düşüktür; bazen çekirdekten daha uzakta olduklarında bu elektronların enerjisi daha yüksektir; oluşum olasılığına göre, insanlar elektron katmanını farklı "Enerji Seviyeleri"ne ayırırlar; belirli bir "Enerji Seviyesinde", birden fazla elektron sık sık yörüngede dönebilir ve her elektronun sabit bir yörüngesi yoktur, ancak bu elektronların tümü aynı enerji seviyesine sahiptir; "Enerji Seviyeleri" birbirinden izole edilmiştir. Evet, enerji seviyelerine göre izole edilmişlerdir. "Enerji seviyesi" kavramı, elektronları enerjiye göre seviyelere ayırmakla kalmaz, aynı zamanda elektronların yörünge uzayını da birden fazla seviyeye ayırır. Kısacası, bir atomun birden fazla enerji seviyesi olabilir ve farklı enerji seviyeleri farklı enerjilere karşılık gelir; bazı elektronlar "düşük enerji seviyesinde", bazı elektronlar ise "yüksek enerji seviyesinde" yörüngede döner.
Günümüzde ortaokul fizik kitaplarında belirli atomların yapısal özellikleri, her elektron katmanındaki elektron dağılımı kuralları ve farklı enerji seviyelerindeki elektron sayısı açıkça belirtilmiştir.
Atom sisteminde elektronlar temelde katmanlar halinde hareket eder; bazı atomlar yüksek enerji seviyelerinde, bazıları ise düşük enerji seviyelerinde bulunur. Atomlar her zaman dış ortamdan (sıcaklık, elektrik, manyetizma) etkilendiği için, yüksek enerji seviyesindeki elektronlar kararsızdır ve kendiliğinden düşük enerji seviyesine geçerler. Bu geçişin etkisi emilebilir veya özel uyarılma etkileri üreterek "kendiliğinden emisyon"a neden olabilir. Bu nedenle, atom sisteminde yüksek enerji seviyesindeki elektronlar düşük enerji seviyelerine geçtiğinde iki tezahür meydana gelir: "kendiliğinden emisyon" ve "uyarılmış emisyon".
Kendiliğinden radyasyonda, yüksek enerjili durumdaki elektronlar kararsızdır ve dış ortamdan (sıcaklık, elektrik, manyetizma) etkilenerek kendiliğinden düşük enerjili durumlara geçer ve fazla enerji fotonlar şeklinde yayılır. Bu tür radyasyonun özelliği, her elektronun geçişinin bağımsız ve rastgele olmasıdır. Farklı elektronların kendiliğinden yaydığı foton durumları farklıdır. Işığın kendiliğinden yayılımı "tutarsız" bir durumdadır ve saçılma yönleri vardır. Bununla birlikte, kendiliğinden radyasyon atomların kendi özelliklerini taşır ve farklı atomların kendiliğinden radyasyon spektrumları farklıdır. Bundan bahsetmek, fizikteki temel bir bilgiyi hatırlatır: "Herhangi bir cismin ısı yayma yeteneği vardır ve cisim sürekli olarak elektromanyetik dalgaları emme ve yayma yeteneğine sahiptir. Isı tarafından yayılan elektromanyetik dalgaların belirli bir spektrum dağılımı vardır. Bu spektrum dağılımı, cismin kendi özellikleri ve sıcaklığıyla ilişkilidir." Bu nedenle, termal radyasyonun varlığının nedeni atomların kendiliğinden yayılımıdır.
Uyarılmış emisyonda, yüksek enerjili elektronlar, "koşullara uygun fotonların" "uyarımı" veya "indüksiyonu" altında düşük enerjili bir seviyeye geçer ve gelen fotonla aynı frekansta bir foton yayar. Uyarılmış radyasyonun en büyük özelliği, uyarılmış radyasyonla üretilen fotonların, uyarılmış radyasyonu üreten gelen fotonlarla tam olarak aynı durumda olmasıdır. "Koherent" bir durumdadırlar. Aynı frekansa ve aynı yöne sahiptirler ve aralarındaki farklılıkları ayırt etmek tamamen imkansızdır. Bu şekilde, bir foton, bir uyarılmış emisyon yoluyla iki özdeş fotona dönüşür. Bu, ışığın yoğunlaştığı veya "güçlendirildiği" anlamına gelir.
Şimdi tekrar analiz edelim, daha sık ve daha fazla uyarılmış radyasyon elde etmek için hangi koşullar gereklidir?
Normal şartlar altında, yüksek enerji seviyelerindeki elektron sayısı her zaman düşük enerji seviyelerindeki elektron sayısından daha azdır. Atomların uyarılmış radyasyon üretmesini istiyorsanız, yüksek enerji seviyelerindeki elektron sayısını artırmak istersiniz, bu nedenle amacı daha fazla düşük enerji seviyesindeki elektronu uyarmak olan bir "pompa kaynağına" ihtiyacınız vardır. Çok fazla düşük enerji seviyesindeki elektron yüksek enerji seviyelerine atlar, böylece yüksek enerji seviyesindeki elektron sayısı düşük enerji seviyesindeki elektron sayısından fazla olur ve bir "parçacık sayısı tersine çevrilmesi" meydana gelir. Çok fazla yüksek enerji seviyesindeki elektron çok kısa bir süre kalabilir. Bu süre içinde daha düşük bir enerji seviyesine atlayacaklardır, bu nedenle uyarılmış radyasyon yayılımı olasılığı artacaktır.
Elbette, "pompa kaynağı" farklı atomlar için ayarlanır. Elektronların "rezonansa girmesini" sağlar ve daha düşük enerjili elektronların daha yüksek enerjili seviyelere sıçramasına olanak tanır. Okuyucular temel olarak lazerin ne olduğunu ve nasıl üretildiğini anlayabilirler. Lazer, belirli bir "pompa kaynağının" etkisi altında bir cismin atomları tarafından "uyarılan" "ışık radyasyonudur". İşte bu lazerdir.
Yayın tarihi: 27 Mayıs 2024
