Bugün sorulan sorumuz:
Lazerler hangi enerji seviyesi geçişlerini kullanarak çalışır?
Lazerlerin arkasındaki bilimsel prensipleri, enerji seviyesi geçişlerini, uyarılmış emisyonu ve lazer ışığının benzersiz özelliklerini açıklayarak inceleyin.
Lazerler: Enerji Seviyesi Geçişlerinin Güçlendirilmesiyle Işık Üretmek
Lazerler, günlük yaşamımızda her yerde bulunan, barkod okuyuculardan lazer göstericilere ve fiber optik iletişimden lazer ameliyatına kadar çeşitli uygulamalara sahip, modern teknolojinin temel taşları haline geldi. Fakat bu olağanüstü ışık ışınları tam olarak nasıl çalışıyor? Cevap, atomların ve moleküllerin içindeki enerji seviyesi geçişleri olan, kuantum mekaniği alanına giriyor.
Atomlar, Moleküller ve Enerji Seviyeleri: Bir Özet
Kuantum mekaniğinin merkezinde, atomların ve moleküllerin enerjilerini yalnızca belirli ayrı değerlerde tutabildiği fikri yer alır ve bu da onları ‘enerji seviyeleri’ olarak adlandırdığımız şeyde var olmaya zorlar. Bu, bir merdivenin basamaklarında durmaya zorlanmaya benziyor, arada bir yerde asılı kalmak mümkün değil. Bir atom veya molekül belirli bir enerji seviyesinde bulunduğunda, ‘temel halde’ olduğu söylenir, bu da onun mümkün olan en düşük enerji durumunda olduğu anlamına gelir. Daha yüksek enerji seviyelerine ‘uyarılmış haller’ denir.
Bir atom veya molekül dışarıdan bir kaynaktan enerji soğurduğunda, bir elektron daha yüksek bir enerji seviyesine ‘sıçrayabilir’, böylece atom veya molekül temel halden uyarılmış bir hale geçer. Bu enerji soğurulması çeşitli şekillerde gerçekleşebilir: diğer atomlarla çarpışmalar, ışığın soğurulması veya ısı enerjisiyle.
Uyarılmış Emisyon ve Lazerlerin Çalışma Prensibi
Atomlar ve moleküller uyarılmış hallerinde sonsuza kadar kalamazlar. Daha düşük bir enerji seviyesine geri dönerler ve fazla enerjiyi genellikle ışık formunda bir foton olarak serbest bırakırlar. Bu sürece ‘kendiliğinden emisyon’ denir ve yayılan ışığın yönü ve fazı rastgeledir ve bu da onu doğada tutarsız hale getirir – ampullerimizden ve güneşten gelen ışık gibi.
Ancak, bir foton tarafından uyarılmış emisyon adı verilen farklı bir emisyon türü daha vardır. Bir atom zaten uyarılmış bir haldeyken ve enerji farkına karşılık gelen frekansta bir fotonla karşılaşırsa, fotonun enerjisini serbest bırakarak ve aynı yöne, frekansa ve faza sahip ikinci bir foton yayarak uyarılmış emisyona uğrayabilir. orijinal foton. Esasen, ışık ışını güçlendirilmiştir.
Lazerler, uyarılmış emisyonu kullanarak ışık üretir ve ‘Lazer’ kelimesi aslında ‘Işığın Uyarılmış Radyasyon Emisyonu ile Işık Amplifikasyonu’ anlamına gelen bir kısaltmadır. Bir lazer, enerji seviyeleri arasındaki fark yayılan ışığın istenen dalga boyuna karşılık gelen bir ‘kazanç ortamı’ (katı, sıvı veya gaz olabilir) içerir. Kazanç ortamı, uyarılmış emisyon olasılığının kendiliğinden emisyon olasılığını aştığı bir popülasyon tersi durumuna getirilecek şekilde ‘pompalanır’.
Popülasyon Ters Çevirmesi ve Lazer Işığının Özellikleri
Popülasyon tersi, daha yüksek enerji seviyelerinde daha düşük enerji seviyelerinden daha fazla atom veya molekül bulunduğunda olağandışı bir durumdur. Bu, uyarılmış atomların sayısının temel haldeki atomların sayısından fazla olduğu anlamına gelir. Bu durum, uyarılmış emisyonun baskın süreç haline gelmesi ve dolayısıyla lazer ışığının üretilmesi için çok önemlidir.
Kazanç ortamı popülasyon tersi durumuna getirildiğinde, uyarılmış emisyon süreci başlar. Yayılan fotonlar, kazanç ortamında ileri geri sıçrayarak daha fazla uyarılmış emisyona ve dolayısıyla daha fazla foton üretimine neden olur. Bu süreç, kazanç ortamının her iki ucundaki aynalar tarafından daha da güçlendirilir ve bu aynalar fotonları ileri geri yansıtarak yoğunluğu artan bir ışık ışını oluşturur.
Aynalardan biri kısmen yansıtıcıdır ve lazer ışınının bir kısmının kaçmasına izin verir. Kaçan bu ışık, lazer ışını olarak bildiğimiz şeydir.
Sonuç
Özetle, lazerler, atomların ve moleküllerin içindeki enerji seviyesi geçişlerinin hassas bir şekilde manipüle edilmesinin bir kanıtıdır. Uyarılmış emisyon olgusunu kullanarak, lazerler, modern teknolojide devrim yaratan ve yaşamımızın çeşitli yönlerini dönüştüren benzersiz özelliklere sahip yüksek oranda odaklanmış, tek renkli ve tutarlı bir ışık ışını üretir.
Bir yanıt yazın