లేజర్ మరియు దాని ప్రాసెసింగ్ వ్యవస్థ

1. లేజర్ ఉత్పత్తి సూత్రం

పరమాణు నిర్మాణం ఒక చిన్న సౌర వ్యవస్థలా ఉంటుంది, దాని మధ్యలో పరమాణు కేంద్రకం ఉంటుంది. ఎలక్ట్రాన్లు పరమాణు కేంద్రకం చుట్టూ నిరంతరం తిరుగుతూ ఉంటాయి, అలాగే పరమాణు కేంద్రకం కూడా నిరంతరం తిరుగుతూ ఉంటుంది.

కేంద్రకం ప్రోటాన్లు మరియు న్యూట్రాన్లతో కూడి ఉంటుంది. ప్రోటాన్లు ధనాత్మక ఆవేశాన్ని కలిగి ఉంటాయి మరియు న్యూట్రాన్లు ఆవేశరహితంగా ఉంటాయి. మొత్తం కేంద్రకం మోసే ధనాత్మక ఆవేశాల సంఖ్య, మొత్తం ఎలక్ట్రాన్లు మోసే రుణాత్మక ఆవేశాల సంఖ్యకు సమానంగా ఉంటుంది, కాబట్టి సాధారణంగా పరమాణువులు బాహ్య ప్రపంచానికి తటస్థంగా ఉంటాయి.

పరమాణువు ద్రవ్యరాశి విషయానికి వస్తే, పరమాణువు ద్రవ్యరాశిలో అధిక భాగం కేంద్రకంలోనే కేంద్రీకృతమై ఉంటుంది, మరియు ఎలక్ట్రాన్లు ఆక్రమించే ద్రవ్యరాశి చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. పరమాణు నిర్మాణంలో, కేంద్రకం కేవలం ఒక చిన్న స్థలాన్ని మాత్రమే ఆక్రమిస్తుంది. ఎలక్ట్రాన్లు కేంద్రకం చుట్టూ తిరుగుతాయి, మరియు వాటి కార్యకలాపాలకు చాలా ఎక్కువ స్థలం లభిస్తుంది.

పరమాణువులకు "అంతర్గత శక్తి" ఉంటుంది, ఇది రెండు భాగాలను కలిగి ఉంటుంది: ఒకటి, ఎలక్ట్రాన్‌లకు పరిభ్రమణ వేగం మరియు ఒక నిర్దిష్ట గతిజ శక్తి ఉండటం; రెండవది, రుణాత్మక ఆవేశం గల ఎలక్ట్రాన్‌లకు మరియు ధనాత్మక ఆవేశం గల కేంద్రకానికి మధ్య ఉండే దూరం, మరియు ఒక నిర్దిష్ట పరిమాణంలో స్థితిజ శక్తి ఉండటం. అన్ని ఎలక్ట్రాన్‌ల గతిజ శక్తి మరియు స్థితిజ శక్తిల మొత్తమే మొత్తం పరమాణువు యొక్క శక్తి, దీనినే పరమాణువు యొక్క అంతర్గత శక్తి అని అంటారు.

ఎలక్ట్రాన్లన్నీ కేంద్రకం చుట్టూ తిరుగుతాయి; కొన్నిసార్లు కేంద్రకానికి దగ్గరగా ఉన్న ఎలక్ట్రాన్ల శక్తి తక్కువగా ఉంటుంది; కొన్నిసార్లు కేంద్రకానికి దూరంగా ఉన్న ఎలక్ట్రాన్ల శక్తి ఎక్కువగా ఉంటుంది; ఈ సంభావ్యతను బట్టి, ఎలక్ట్రాన్ పొరను వివిధ "శక్తి స్థాయిలు"గా విభజిస్తారు; ఒక నిర్దిష్ట "శక్తి స్థాయి"లో, అనేక ఎలక్ట్రాన్లు తరచుగా పరిభ్రమిస్తూ ఉండవచ్చు, మరియు ప్రతి ఎలక్ట్రాన్‌కు ఒక స్థిరమైన కక్ష్య ఉండదు, కానీ ఈ ఎలక్ట్రాన్లన్నీ ఒకే శక్తి స్థాయిని కలిగి ఉంటాయి; "శక్తి స్థాయిలు" ఒకదానికొకటి వేరుగా ఉంటాయి. అవును, అవి శక్తి స్థాయిల ప్రకారం వేరు చేయబడతాయి. "శక్తి స్థాయి" అనే భావన ఎలక్ట్రాన్లను శక్తి ప్రకారం స్థాయిలుగా విభజించడమే కాకుండా, ఎలక్ట్రాన్ల పరిభ్రమణ స్థలాన్ని కూడా అనేక స్థాయిలుగా విభజిస్తుంది. సంక్షిప్తంగా, ఒక పరమాణువులో అనేక శక్తి స్థాయిలు ఉండవచ్చు, మరియు వేర్వేరు శక్తి స్థాయిలు వేర్వేరు శక్తులకు అనుగుణంగా ఉంటాయి; కొన్ని ఎలక్ట్రాన్లు "తక్కువ శక్తి స్థాయి"లో పరిభ్రమిస్తాయి మరియు కొన్ని ఎలక్ట్రాన్లు "అధిక శక్తి స్థాయి"లో పరిభ్రమిస్తాయి.

ఈ రోజుల్లో, మాధ్యమిక పాఠశాల భౌతికశాస్త్ర పుస్తకాలలో కొన్ని అణువుల నిర్మాణ లక్షణాలు, ప్రతి ఎలక్ట్రాన్ పొరలో ఎలక్ట్రాన్ల పంపిణీ నియమాలు, మరియు వివిధ శక్తి స్థాయిలలోని ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్యను స్పష్టంగా గుర్తించారు.

పరమాణు వ్యవస్థలో, ఎలక్ట్రాన్లు ప్రాథమికంగా పొరల రూపంలో కదులుతాయి, కొన్ని పరమాణువులు అధిక శక్తి స్థాయిలలోను, మరికొన్ని తక్కువ శక్తి స్థాయిలలోను ఉంటాయి; పరమాణువులు ఎల్లప్పుడూ బాహ్య వాతావరణం (ఉష్ణోగ్రత, విద్యుత్, అయస్కాంతత్వం) చేత ప్రభావితమవుతాయి కాబట్టి, అధిక-శక్తి స్థాయి ఎలక్ట్రాన్లు అస్థిరంగా ఉండి, వాటంతట అవే తక్కువ శక్తి స్థాయికి పరివర్తనం చెందుతాయి. ఈ పరివర్తనం యొక్క ప్రభావం శోషించబడవచ్చు, లేదా అది ప్రత్యేక ఉత్తేజ ప్రభావాలను కలిగించి "స్వయంగా ఉద్గారం"కు కారణం కావచ్చు. అందువల్ల, పరమాణు వ్యవస్థలో, అధిక-శక్తి స్థాయి ఎలక్ట్రాన్లు తక్కువ-శక్తి స్థాయిలకు పరివర్తనం చెందినప్పుడు, "స్వయంగా ఉద్గారం" మరియు "ప్రేరిత ఉద్గారం" అనే రెండు రూపాలు వ్యక్తమవుతాయి.

స్వచ్ఛంద వికిరణంలో, అధిక శక్తి స్థితులలోని ఎలక్ట్రాన్లు అస్థిరంగా ఉండి, బాహ్య వాతావరణం (ఉష్ణోగ్రత, విద్యుత్, అయస్కాంతత్వం) చే ప్రభావితమై, వాటంతట అవే అల్ప శక్తి స్థితులకు వలసపోతాయి, మరియు అదనపు శక్తి ఫోటాన్ల రూపంలో వికిరణం చెందుతుంది. ఈ రకమైన వికిరణం యొక్క లక్షణం ఏమిటంటే, ప్రతి ఎలక్ట్రాన్ యొక్క పరివర్తన స్వతంత్రంగా మరియు యాదృచ్ఛికంగా జరుగుతుంది. వేర్వేరు ఎలక్ట్రాన్ల స్వచ్ఛంద ఉద్గారం యొక్క ఫోటాన్ స్థితులు వేర్వేరుగా ఉంటాయి. కాంతి యొక్క స్వచ్ఛంద ఉద్గారం ఒక "అసంగత" స్థితిలో ఉంటుంది మరియు చెల్లాచెదురుగా ఉన్న దిశలను కలిగి ఉంటుంది. అయితే, స్వచ్ఛంద వికిరణం పరమాణువుల యొక్క స్వంత లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది, మరియు వేర్వేరు పరమాణువుల స్వచ్ఛంద వికిరణ వర్ణపటాలు వేర్వేరుగా ఉంటాయి. ఈ విషయం చెప్పేటప్పుడు, భౌతిక శాస్త్రంలోని ఒక ప్రాథమిక జ్ఞానం గుర్తుకు వస్తుంది, "ఏదైనా వస్తువు ఉష్ణాన్ని వికిరణం చేసే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది, మరియు ఆ వస్తువు విద్యుదయస్కాంత తరంగాలను నిరంతరం గ్రహించి, ఉద్గారించే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఉష్ణం ద్వారా వికిరణం చెందే విద్యుదయస్కాంత తరంగాలు ఒక నిర్దిష్ట వర్ణపట పంపిణీని కలిగి ఉంటాయి. ఈ వర్ణపట పంపిణీ వస్తువు యొక్క లక్షణాలు మరియు దాని ఉష్ణోగ్రతకు సంబంధించినది." అందువల్ల, ఉష్ణ వికిరణం యొక్క ఉనికికి కారణం పరమాణువుల స్వచ్ఛంద ఉద్గారమే.

ప్రేరిత ఉద్గారంలో, అధిక-శక్తి స్థాయి ఎలక్ట్రాన్లు "పరిస్థితులకు అనువైన ఫోటాన్ల" "ప్రేరణ" లేదా "ఉద్దీపన" కింద అల్ప-శక్తి స్థాయికి పరివర్తన చెంది, పతన ఫోటాన్ యొక్క అదే పౌనఃపున్యం గల ఫోటాన్‌ను వికిరణం చేస్తాయి. ప్రేరిత వికిరణం యొక్క అతిపెద్ద లక్షణం ఏమిటంటే, ప్రేరిత వికిరణం ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన ఫోటాన్లు, ప్రేరిత వికిరణాన్ని ఉత్పత్తి చేసే పతన ఫోటాన్ల వలె ఖచ్చితంగా అదే స్థితిని కలిగి ఉంటాయి. అవి "సమగ్ర" స్థితిలో ఉంటాయి. అవి ఒకే పౌనఃపున్యం మరియు ఒకే దిశను కలిగి ఉంటాయి, మరియు వాటి మధ్య తేడాలను గుర్తించడం పూర్తిగా అసాధ్యం. ఈ విధంగా, ఒకే ప్రేరిత ఉద్గారం ద్వారా ఒక ఫోటాన్ రెండు ఒకేలాంటి ఫోటాన్లుగా మారుతుంది. దీని అర్థం కాంతి తీవ్రతరం చేయబడింది, లేదా "వర్ధనం" చేయబడింది.

మరింత తరచుగా ప్రేరేపిత వికిరణాన్ని పొందడానికి ఏ పరిస్థితులు అవసరమో ఇప్పుడు మళ్ళీ విశ్లేషిద్దాం.

సాధారణ పరిస్థితులలో, అధిక శక్తి స్థాయిలలోని ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య ఎల్లప్పుడూ తక్కువ శక్తి స్థాయిలలోని ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. పరమాణువులు ప్రేరిత వికిరణాన్ని ఉత్పత్తి చేయాలంటే, అధిక శక్తి స్థాయిలలోని ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్యను పెంచాలి. అందుకోసం, తక్కువ శక్తి స్థాయిలలోని అధిక సంఖ్యలో ఉన్న ఎలక్ట్రాన్లను అధిక శక్తి స్థాయిలకు దూకేలా ప్రేరేపించడమే లక్ష్యంగా ఉన్న ఒక "పంప్ సోర్స్" అవసరం. దీనివల్ల, అధిక శక్తి స్థాయిలలోని ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య తక్కువ శక్తి స్థాయిలలోని ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది, మరియు "కణ సంఖ్యల విలోమం" సంభవిస్తుంది. అధిక సంఖ్యలో ఉన్న అధిక శక్తి స్థాయి ఎలక్ట్రాన్లు చాలా తక్కువ సమయం మాత్రమే అక్కడ ఉండగలవు. ఆ తర్వాత అవి తక్కువ శక్తి స్థాయికి దూకుతాయి, దీనివల్ల ప్రేరిత వికిరణ ఉద్గారం జరిగే అవకాశం పెరుగుతుంది.

వాస్తవానికి, వివిధ పరమాణువుల కోసం "పంప్ సోర్స్" అమర్చబడుతుంది. ఇది ఎలక్ట్రాన్‌లను "అనునాదం" చెందేలా చేసి, మరిన్ని తక్కువ-శక్తి స్థాయి ఎలక్ట్రాన్‌లు అధిక-శక్తి స్థాయిలకు దూకడానికి అనుమతిస్తుంది. లేజర్ అంటే ఏమిటి? లేజర్ ఎలా ఉత్పత్తి అవుతుంది? అనే విషయాలను పాఠకులు ప్రాథమికంగా అర్థం చేసుకోవచ్చు. లేజర్ అనేది ఒక నిర్దిష్ట "పంప్ సోర్స్" చర్య కింద ఒక వస్తువులోని పరమాణువుల ద్వారా "ఉత్తేజితం" చేయబడిన "కాంతి వికిరణం". ఇదే లేజర్.