Wat produceert lichtpulsen in lasers?

Antwoord:

Gestimuleerde emissie gepaard met een populatie-inversie is vereist om de pulsen van licht in lasers te produceren.

Uitleg:

Het proces:

Eerst worden de atomen van het gas in de laser geëxciteerd. De elektronen zenden spontaan fotonen uit en dalen naar lagere energieniveaus.

In sommige gevallen verzamelen elektronen zich in een staat die relatief lang duurt om uit te vallen. Wanneer dit gebeurt, kunnen er meer elektronen in deze aangeslagen toestand zijn dan in de lagere staten. Dit wordt een populatie-inversie genoemd.

Als licht een zodanige golflengte heeft dat een foton dezelfde energie heeft als het energieverschil tussen deze langlevende aangeslagen toestand en een lagere toestand, kan het het elektron stimuleren om een foton uit te zenden en naar beneden te vallen vanuit de aangeslagen toestand.

Wanneer het elektron wordt gestimuleerd om naar een lagere toestand te vallen, wordt een foton vrijgegeven met dezelfde frequentie, fase, polarisatie en bewegingsrichting als het foton dat het stimuleerde. Dit staat bekend als gestimuleerde emissie. Er zijn nu twee fotonen die andere atomen kunnen stimuleren. Andere atomen worden gestimuleerd en dan Bam, er zijn veel fotonen in fase met dezelfde golflengte.

Dit is hoe lasers coherent licht produceren.

Wanneer een foton met de juiste energie (energie gelijk aan verschil tussen opgewonden en lagere toestand) een atoom raakt, kan het de emissie stimuleren, maar het kan ook worden geabsorbeerd (gestimuleerde absorptie). De waarschijnlijkheid om te worden geabsorbeerd is gelijk aan de waarschijnlijkheid van het stimuleren van emissie.

daarom

Gestimuleerde emissie is evenredig met het aantal elektronen in de aangeslagen toestand.

Gestimuleerde absorptie is evenredig met het aantal elektronen in de lagere toestand.

Een populatie-inversie is noodzakelijk. Als er meer elektronen in de lagere toestand waren, zou de gestimuleerde absorptie vaker optreden dan gestimuleerde emissie en zouden de fotonen opraken.

Als u nieuwsgierig bent, worden de Einstien A- en B-coëfficiënten gebruikt om respectievelijk de waarschijnlijkheid van een spontane emissie en gestimuleerde emissie / absorptie te beschrijven.