نور لیزر چگونه ایجاد می شود؟

نور لیزر چگونه ایجاد می شود؟

20 مهر1399
نور لیزر چگونه ایجاد می شود؟

نور لیزر چگونه ایجاد می شود؟
امروزه لیزر کاربردهای فراوانی در زندگی بشر دارد. از لیزرهای پزشکی و لیزرهای رفع موهای زائد گرفته تا لیزرهای برش، حکاکی و جوشکاری. اما آیا تابحال به این فکر کرده اید که نور لیزر چگونه ایجاد می شود؟ در این مقاله قصد داریم به طریقه ایجاد باریکه لیزر بپردازیم. خاطر نشان می کنیم سعی شده است مقاله ای نوشته شود که به زبان ساده این مساله را شفاف سازد. از این بابت از عزیزان متخصص در زمینه لیزر پوزش می طلبیم.
لیزرها انواع گوناگونی دارند، اما اصول تولید پرتو لیزر در همه آنها شبیه به هم است. در ادامه می خواهیم به صورت شماتیک تولید پرتو لیزر را مرحله به مرحله نشان دهیم. ابتدا باید چند مفهوم را به شما معرفی کنیم.
1)گسیل خودبه خودی : هر اتم دارای چندین تراز انرژی می باشد و الکترون ها در این تراز ها قرار دارند. اگر الکترونی از تراز بالاتر به تراز پایین تر بیاید، فوتونی گسیل می کند (شکل سمت چپ) و بر عکس هر الکترون با جذب یک فوتون می تواند به تراز بالاتر برود (شکل سمت راست). به پدیده ای که در آن الکترون از تراز بالاتر به تراز پایین تر می آید و یک فوتون ساطع می کند، گسیل خود به خودی می گویند.

2) واونگی جمعیت : در یک اتم، الکترون ها تمایل دارند در تراز های پایین تر قرار بگیرند. اگر کاری کنیم که بیشتر الکترون به تراز بالاتر نقل مکان کنند، می گوییم وارونگی جمعیت رخ داده است. در شکل سمت چپ الکترون ها در حالت عادی و تراز پایین قرار دارند، ولی در شکل سمت راست  الکترون ها به تراز بالاتر رفته اند.

3) گسیل القایی : الکترونی را در نظر بگیرید که به تراز بالاتر رفته است. اگر در این وضعیت یک فوتون به اتم بتابانیم، به طوری که انرژی فوتون برابر اختلاف انرژی تراز بالا و پایین باشد، الکترون به تراز پایین می آید و یک فوتون هم انرژی و هم جهت با فوتون تابیده شده ساطع می شود. در واقع یک فوتون به اتم تاباندیم و دو فوتون خارج شدند.  به این پدیده گسیل القایی می گویند.

حال که این سه مفهوم را فرا گرفتیم، توضیح می دهیم نور لیزر چگونه تولید می شود.
گسیل القایی را به یاد بیاورید. در گسیل القایی یک فوتون وارد و دو فوتون هم انرژی و همگام خارج شدند. حال اگر بر سر راه این دو فوتون دو الکترون دیگر در تراز بالا وجود داشته باشند، هر کدام از فوتون ها باعث پایین آمدن الکترون ها و خروج دو فوتون دیگر می شوند. پس در نهایت چهار فوتون هم انرژی و همگام خواهیم داشت. اگر بر سر راه این چهار فوتون، چهار الکترون در تراز بالا وجود داشته باشد، در نهایت هشت فوتون هم انرژی و همگام خواهیم داشت. به همین ترتیب بعد از چند مرحله، تعداد زیادی فوتون خواهیم داشت که هم انرژی، همگام و در یک جهت هستند. این فوتون ها همان باریکه لیزر می باشند. طبیعی است، این باریکه لیزر زمانی ایجاد می شود که به اندازه کافی الکترون در تراز بالا وجو داشته باشد. یعنی زمانی می توانیم باریکه لیزر ایجاد کنیم که قبلا وارونگی جمعیت را ایجاد کرده باشیم. شکل زیر ایجاد پرتوهای لیزر را نشان می دهد.


 

نظرات
4.8 /5 20 5 1
ارسال نظر