نشردر اتم ها

[Borna66]

نشر خودبخودی:
وقتی اتم را از تراز E1 به تراز E2 تحریک کنیم چون اتم در حالت ناپایدار است با ساطع کردن
فوتونی با انرزی مساوی با E2-E1 به تراز پایین می اید که به ان نشر خودبخودی میگویند.


نشر تحریکی:
بر فرض اتم در حالت تحریکی یعنی تراز بالاتر باشد و یک فوتون به ان بتابانیم که دارای
فرکانس v=(E2-E1)/h (نیو) باشد احتمال دارد که اتم به تراز پایین تر بیاید و یک فوتون
ساطع کند و در این صورت 2 فوتون داریم (یکی فوتون تابیده شده و دیگری فوتون ساطع شده)
که به ان موج تقویت شده می گوییم.
در نشر تحریکی تعداد اتم های حالت تحریکی بیشر از تعداد اتم های حالت پایه است .
یعنی: N2>N1 پس داریم:





این عکس کوچک شده است برای مشاهده ی سایز اصلی کلیک کنید

جذب:

اگر اتم در حالت پایه باشد و در این حالت فوتونی را به سیستم بتابانیم اتم با گرفتن این فوتون
به تراز بالا رفته و جذب صورت میگیرد.جذب زمانی اتفاق میافتد که تعداد اتم های حالت پایه
بیشتر از تعداد اتم های حالت برانگیخته است. یعنی: N1>N2

این عکس کوچک شده است برای مشاهده ی سایز اصلی کلیک کنید

در حالت تعادل حرارتی سیستم در حالت پایه است یعنی تعداد ذراتی که در حالت پایه هستند بیشتر از تعدادی است که در حالت تحریکی هستند . پس در حالت تعادل همیشه جذب داریم.

[Borna66]

اگر موج تخت الکترومغناطیسی با شدتی متناظر با شار فوتونی F در امتداد محور Z از ضخامت ماده عبور کند تغییر جزئی شار ناشی از هر دو فرایند نشر تحریکی و جذب در ناحیه هاشورخورده به صورت زیر میباشد:

این عکس کوچک شده است برای مشاهده ی سایز اصلی کلیک کنید

که در این معادله F نشانگر شار فوتونی بوده و سیگما سطح مقطع گسیل القائی میباشد(که برابر سطح مقطع جذب است).

اگر N1=N2 انگاه تغییرات شار مساوی صفر خواهد بود .در اینحالت میگوییم سیستم شفاف است چون نه نشر داریم و نه جذب.

اگر N2>N1 انگاه تغییرات شار بزرگتر از صفر است وسیستم در حالت تقویت کننده است.

اگر N2<N1 انگاه سیستم در حالت جذب است .(حالت تعادل)

به محیط تقویت کننده که در ان N2>N1 است وتعادل به هم میخورد محیط فعال میگوییم .ما در ساخت لیزر به این محیط نیاز داریم .
برای گرفتن لیزر باید یک محیط فعال را بین دو اینه قرار داد تا به صورت یک نوسانگر عمل کند .یک موج تخت الکترومغناطیسی عمود بر سطح دو اینه رفت و امد میکند و در ضمن هر بار عبور از ماده فعال تقویت میشود چنانچه یکی از دو اینه نیمه شفاف باشد باریکه مفید لیزر از اینه خارج خواهد شد .
این عکس کوچک شده است برای مشاهده ی سایز اصلی کلیک کنید

اگر اتلاف به خاطر اینه ها را در نظر گرفته و عملیات مربوطه را در رابطه (1)پیاده سازی کنیم به دست
می آوریم:
این عکس کوچک شده است برای مشاهده ی سایز اصلی کلیک کنید
که این شرط آستانه برای بوجود آمدن وارونی انبوهی(یا تراکم معکوس) و در نتیجه ایجاد لیزر است.

طرح های دمش(پمپاز)
در یک سیستم دو ترازی هیچوقت به وارونی جمعیت نمی رسیم یعنی بعد از اینکه تعداد ذرات تحریک شده وتعداد ذرات در حالت پایه برابرمیشود ودیگر انرزی جذب نمیکندکه این وضعیت را اشباع دو ترازی مینامند.
در این حالت N1=N2 و در نتیجه تغییرات شار فوتونی مساوی صفر میشود.


مدل سه ترازه:
در لیزر سه ترازه اتم از تراز 1 (حالت پایه) به تراز 3 ارتقا داده میشود اگر ماده چنان باشد که پس از انکه اتم به تراز 3 ارتقا داده شد به سرعت به تراز 2 فرو افتد در این صورت وارونی انبوهی بین دو تراز 2 و 1 میتواند حاصل شود ولیزر بدهد.
این عکس کوچک شده است برای مشاهده ی سایز اصلی کلیک کنید


مدل چهار ترازه:
در لیزر چهار ترازه پس از ارتقا اتم از تراز 0 به تراز 3 و فروافت سریع به تراز 2 بین ترازهای 2 و 1 وارونی انبوهی به وجود آمده و لیزر ایجاد میشود .



نکته:
1 . ایجاد وارونی انبوهی در لیزر چهارترازی بسیار ساده تر از لیزر سه ترازه است.
2. فرآیندی که اتمها را از تراز 1 به 3 درطرح سه ترازی و یا از تراز 0 به 3 در طرح چهار ترازی ارتقا میدهد دمش(یا پمپاز) نامیده میشود.



خواص نور لیزری:
1. دارای درجه بالایی از تکفامی هستند.
2. دارای درجه بالایی از همدوسی هستند.
3. به شدت جهتمند هستند.
4. دارای درجه بالایی از درخشانی هستند.


نکته:
درخشندگی ضعیفترین لیزرها از درخشندگی اکثر چشمه های معمولی بیشتر است.