லேசர் மற்றும் அதன் செயலாக்க அமைப்பு

1. லேசர் உருவாக்கத்தின் கொள்கை

அணுவின் அமைப்பு, மையத்தில் அணுக்கருவைக் கொண்ட ஒரு சிறிய சூரியக் குடும்பத்தைப் போன்றது. எலக்ட்ரான்கள் அணுக்கருவைச் சுற்றித் தொடர்ந்து சுழல்கின்றன, அணுக்கருவும் தொடர்ந்து சுழன்று கொண்டிருக்கிறது.

அணுக்கருவானது புரோட்டான்கள் மற்றும் நியூட்ரான்களால் ஆனது. புரோட்டான்கள் நேர்மின் சுமை கொண்டவை, நியூட்ரான்கள் மின்சுமையற்றவை. முழு அணுக்கருவிலும் உள்ள நேர்மின் சுமைகளின் எண்ணிக்கை, முழு எலக்ட்ரான்களிலும் உள்ள எதிர்மின் சுமைகளின் எண்ணிக்கைக்குச் சமமாக இருப்பதால், பொதுவாக அணுக்கள் வெளி உலகிற்கு நடுநிலையானவையாக இருக்கின்றன.

ஒரு அணுவின் நிறையைப் பொறுத்தவரை, அதன் நிறையில் பெரும்பகுதி அணுக்கருவில் அடங்கியுள்ளது, மேலும் அனைத்து எலக்ட்ரான்களும் ஆக்கிரமித்துள்ள நிறை மிகச் சிறியது. அணுவின் கட்டமைப்பில், அணுக்கரு ஒரு சிறிய இடத்தை மட்டுமே ஆக்கிரமிக்கிறது. எலக்ட்ரான்கள் அணுக்கருவைச் சுற்றி வருகின்றன, மேலும் எலக்ட்ரான்கள் செயல்படுவதற்கு மிகப் பெரிய இடம் கிடைக்கிறது.

அணுக்களுக்கு “உள் ஆற்றல்” உண்டு. அது இரண்டு பகுதிகளைக் கொண்டது: ஒன்று, எலக்ட்ரான்கள் ஒரு சுற்று வேகத்தையும் ஒரு குறிப்பிட்ட இயக்க ஆற்றலையும் கொண்டிருப்பது; மற்றொன்று, எதிர்மின் சுமை கொண்ட எலக்ட்ரான்களுக்கும் நேர்மின் சுமை கொண்ட அணுக்கருவிற்கும் இடையே உள்ள தூரம் மற்றும் ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு நிலை ஆற்றல். அனைத்து எலக்ட்ரான்களின் இயக்க ஆற்றல் மற்றும் நிலை ஆற்றல் ஆகியவற்றின் கூட்டுத்தொகையே முழு அணுவின் ஆற்றலாகும், இது அணுவின் உள் ஆற்றல் என்று அழைக்கப்படுகிறது.

அனைத்து எலக்ட்ரான்களும் அணுக்கருவைச் சுற்றி வருகின்றன; சில நேரங்களில் அணுக்கருவிற்கு அருகில், இந்த எலக்ட்ரான்களின் ஆற்றல் குறைவாக இருக்கும்; சில நேரங்களில் அணுக்கருவிலிருந்து தொலைவில், இந்த எலக்ட்ரான்களின் ஆற்றல் அதிகமாக இருக்கும்; நிகழும் நிகழ்தகவின் அடிப்படையில், மக்கள் எலக்ட்ரான் அடுக்கை வெவ்வேறு "ஆற்றல் நிலைகளாக" பிரிக்கின்றனர்; ஒரு குறிப்பிட்ட "ஆற்றல் நிலையில்", பல எலக்ட்ரான்கள் அடிக்கடி சுற்றி வரலாம், மேலும் ஒவ்வொரு எலக்ட்ரானுக்கும் ஒரு நிலையான சுற்றுப்பாதை இல்லை, ஆனால் இந்த எலக்ட்ரான்கள் அனைத்தும் ஒரே ஆற்றல் மட்டத்தைக் கொண்டுள்ளன; "ஆற்றல் நிலைகள்" ஒன்றுக்கொன்று தனிமைப்படுத்தப்பட்டுள்ளன. ஆம், அவை ஆற்றல் நிலைகளின்படி தனிமைப்படுத்தப்பட்டுள்ளன. "ஆற்றல் நிலை" என்ற கருத்து, ஆற்றலின் அடிப்படையில் எலக்ட்ரான்களை நிலைகளாகப் பிரிப்பது மட்டுமல்லாமல், எலக்ட்ரான்கள் சுற்றிவரும் வெளியையும் பல நிலைகளாகப் பிரிக்கிறது. சுருக்கமாக, ஒரு அணு பல ஆற்றல் நிலைகளைக் கொண்டிருக்கலாம், மேலும் வெவ்வேறு ஆற்றல் நிலைகள் வெவ்வேறு ஆற்றல்களுக்கு ஒத்திருக்கும்; சில எலக்ட்ரான்கள் "குறைந்த ஆற்றல் நிலையில்" சுற்றி வருகின்றன, மேலும் சில எலக்ட்ரான்கள் "உயர் ஆற்றல் நிலையில்" சுற்றி வருகின்றன.

தற்காலத்தில், நடுநிலைப் பள்ளி இயற்பியல் பாடப்புத்தகங்கள் குறிப்பிட்ட அணுக்களின் கட்டமைப்புப் பண்புகளையும், ஒவ்வொரு எலக்ட்ரான் அடுக்கிலும் உள்ள எலக்ட்ரான் பரவல் விதிகளையும், வெவ்வேறு ஆற்றல் நிலைகளில் உள்ள எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையையும் தெளிவாகக் குறிப்பிட்டுள்ளன.

ஒரு அணு அமைப்பில், எலக்ட்ரான்கள் அடிப்படையில் அடுக்குகளாக நகர்கின்றன; சில அணுக்கள் உயர் ஆற்றல் மட்டங்களிலும், சில குறைந்த ஆற்றல் மட்டங்களிலும் உள்ளன. அணுக்கள் எப்போதும் வெளிப்புறச் சூழலால் (வெப்பநிலை, மின்சாரம், காந்தம்) பாதிக்கப்படுவதால், உயர் ஆற்றல் மட்ட எலக்ட்ரான்கள் நிலையற்றவையாக இருக்கின்றன. அவை தன்னிச்சையாகக் குறைந்த ஆற்றல் மட்டத்திற்கு நிலைமாற்றம் அடையும்போது, ​​அதன் விளைவு உறிஞ்சப்படலாம், அல்லது அது சிறப்பு கிளர்ச்சி விளைவுகளை ஏற்படுத்தி "தன்னிச்சையான உமிழ்வை" உண்டாக்கலாம். எனவே, அணு அமைப்பில், உயர் ஆற்றல் மட்ட எலக்ட்ரான்கள் குறைந்த ஆற்றல் மட்டங்களுக்கு நிலைமாற்றம் அடையும்போது, ​​"தன்னிச்சையான உமிழ்வு" மற்றும் "தூண்டப்பட்ட உமிழ்வு" என இரண்டு வெளிப்பாடுகள் காணப்படும்.

தன்னிச்சையான கதிர்வீச்சில், உயர் ஆற்றல் நிலைகளில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் நிலையற்றவையாக இருக்கின்றன. மேலும், வெளிப்புறச் சூழலால் (வெப்பநிலை, மின்சாரம், காந்தம்) பாதிக்கப்பட்டு, தன்னிச்சையாகக் குறைந்த ஆற்றல் நிலைகளுக்கு இடம்பெயர்கின்றன. அப்போது, ​​அதிகப்படியான ஆற்றல் ஃபோட்டான்கள் வடிவில் கதிர்வீசப்படுகிறது. இந்த வகையான கதிர்வீச்சின் சிறப்பியல்பு என்னவென்றால், ஒவ்வொரு எலக்ட்ரானின் நிலைமாற்றமும் தனித்தனியாகவும் சீரற்ற முறையிலும் நடைபெறுகிறது. வெவ்வேறு எலக்ட்ரான்களின் தன்னிச்சையான உமிழ்வின் ஃபோட்டான் நிலைகள் வேறுபட்டவை. ஒளியின் தன்னிச்சையான உமிழ்வு ஒரு "ஒழுங்கற்ற" நிலையில் உள்ளது மற்றும் சிதறிய திசைகளைக் கொண்டுள்ளது. இருப்பினும், தன்னிச்சையான கதிர்வீச்சு அணுக்களின் தனித்துவமான பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் வெவ்வேறு அணுக்களின் தன்னிச்சையான கதிர்வீச்சின் நிறமாலைகள் வேறுபட்டவை. இதைக் குறிப்பிடும்போது, ​​இயற்பியலில் உள்ள ஒரு அடிப்படை அறிவு நினைவுக்கு வருகிறது: "எந்தவொரு பொருளுக்கும் வெப்பத்தைக் கதிர்வீசும் திறன் உண்டு, மேலும் அந்தப் பொருளுக்குத் தொடர்ந்து மின்காந்த அலைகளை உறிஞ்சி வெளியிடும் திறனும் உண்டு. வெப்பத்தால் கதிர்வீசப்படும் மின்காந்த அலைகள் ஒரு குறிப்பிட்ட நிறமாலைப் பரவலைக் கொண்டுள்ளன. இந்த நிறமாலைப் பரவலானது, அந்தப் பொருளின் பண்புகள் மற்றும் அதன் வெப்பநிலையுடன் தொடர்புடையது." எனவே, வெப்பக் கதிர்வீச்சு இருப்பதற்கான காரணம் அணுக்களின் தன்னிச்சையான உமிழ்வே ஆகும்.

தூண்டப்பட்ட உமிழ்வில், உயர் ஆற்றல் மட்ட எலக்ட்ரான்கள், "சூழ்நிலைகளுக்கு ஏற்ற ஃபோட்டான்களின்" "தூண்டல்" அல்லது "உந்துதலின்" கீழ் குறைந்த ஆற்றல் மட்டத்திற்கு நிலைமாற்றம் அடைந்து, படுகின்ற ஃபோட்டானின் அதே அதிர்வெண்ணைக் கொண்ட ஒரு ஃபோட்டானைக் கதிர்வீசுகின்றன. தூண்டப்பட்ட கதிர்வீச்சின் மிகப்பெரிய அம்சம் என்னவென்றால், தூண்டப்பட்ட கதிர்வீச்சால் உருவாக்கப்படும் ஃபோட்டான்கள், தூண்டப்பட்ட கதிர்வீச்சை உருவாக்கும் படுகின்ற ஃபோட்டான்களைப் போலவே துல்லியமாக அதே நிலையில் இருப்பதுதான். அவை ஒரு "ஒத்திசைவான" நிலையில் உள்ளன. அவை ஒரே அதிர்வெண் மற்றும் ஒரே திசையைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் அவற்றுக்கிடையேயான வேறுபாடுகளைக் கொண்டு இரண்டையும் வேறுபடுத்துவது முற்றிலும் சாத்தியமற்றது. இந்த வழியில், ஒரு தூண்டப்பட்ட உமிழ்வின் மூலம் ஒரு ஃபோட்டான் இரண்டு ஒத்த ஃபோட்டான்களாக மாறுகிறது. இதன் பொருள், ஒளி தீவிரப்படுத்தப்படுகிறது, அல்லது "பெருக்கப்படுகிறது" என்பதாகும்.

இப்போது மீண்டும் ஆராய்வோம், மேலும் மேலும் அடிக்கடி தூண்டப்பட்ட கதிர்வீச்சைப் பெறுவதற்கு என்னென்ன நிபந்தனைகள் தேவைப்படுகின்றன?

சாதாரண சூழ்நிலைகளில், உயர் ஆற்றல் மட்டங்களில் உள்ள எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை, குறைந்த ஆற்றல் மட்டங்களில் உள்ள எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையை விட எப்போதும் குறைவாகவே இருக்கும். அணுக்கள் தூண்டப்பட்ட கதிர்வீச்சை உருவாக்க வேண்டுமென்றால், உயர் ஆற்றல் மட்டங்களில் உள்ள எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையை அதிகரிக்க வேண்டும். எனவே, உங்களுக்கு ஒரு "தூண்டி மூலம்" (pump source) தேவைப்படும். அதன் நோக்கம், அதிகப்படியான குறைந்த ஆற்றல் மட்ட எலக்ட்ரான்களைத் தூண்டி, அவற்றை உயர் ஆற்றல் மட்டங்களுக்குத் தாவச் செய்வதாகும். இதனால், உயர் ஆற்றல் மட்ட எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை, குறைந்த ஆற்றல் மட்ட எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கையை விட அதிகமாகி, "துகள் எண்ணிக்கை தலைகீழ் மாற்றம்" (particle number reversal) ஏற்படும். அதிகப்படியான உயர் ஆற்றல் மட்ட எலக்ட்ரான்கள் மிகக் குறுகிய நேரத்திற்கு மட்டுமே ஒரு குறைந்த ஆற்றல் மட்டத்திற்குத் தாவ முடியும். எனவே, தூண்டப்பட்ட கதிர்வீச்சு உமிழ்வுக்கான சாத்தியம் அதிகரிக்கும்.

நிச்சயமாக, "பம்ப் சோர்ஸ்" வெவ்வேறு அணுக்களுக்காக அமைக்கப்பட்டுள்ளது. அது எலக்ட்ரான்களை "ஒத்திசையச்" செய்து, குறைந்த ஆற்றல் மட்டத்திலுள்ள எலக்ட்ரான்கள் அதிக ஆற்றல் மட்டங்களுக்குத் தாவ அனுமதிக்கிறது. லேசர் என்றால் என்ன? லேசர் எவ்வாறு உருவாக்கப்படுகிறது? என்பதை வாசகர்கள் அடிப்படையில் புரிந்துகொள்ளலாம். லேசர் என்பது ஒரு குறிப்பிட்ட "பம்ப் சோர்ஸின்" செயல்பாட்டின் கீழ் ஒரு பொருளின் அணுக்களால் "கிளர்வூட்டப்படும்" ஒரு "ஒளிக் கதிர்வீச்சு" ஆகும். இதுவே லேசர்.