1. Prinċipju tal-ġenerazzjoni tal-lejżer
L-istruttura atomika hija bħal sistema solari żgħira, bin-nukleu atomiku fin-nofs. L-elettroni jduru kontinwament madwar in-nukleu atomiku, u n-nukleu atomiku wkoll idur kontinwament.
In-nukleu huwa magħmul minn protoni u newtroni. Il-protoni huma ċċarġjati b'mod pożittiv u n-newtroni mhumiex ċċarġjati. L-għadd ta' karigi pożittivi li jġorru n-nukleu kollu huwa ugwali għall-għadd ta' karigi negattivi li jġorru l-elettroni sħaħ, għalhekk ġeneralment l-atomi huma newtrali għad-dinja ta' barra.
F'dak li għandu x'jaqsam mal-massa ta' atomu, in-nukleu jikkonċentra l-biċċa l-kbira tal-massa tal-atomu, u l-massa okkupata mill-elettroni kollha hija żgħira ħafna. Fl-istruttura atomika, in-nukleu jokkupa biss spazju żgħir. L-elettroni jduru madwar in-nukleu, u l-elettroni għandhom spazju ferm akbar għall-attività.
L-atomi għandhom "enerġija interna", li tikkonsisti f'żewġ partijiet: waħda hija li l-elettroni għandhom veloċità ta' orbita u ċerta enerġija kinetika; l-oħra hija li hemm distanza bejn l-elettroni ċċarġjati b'mod negattiv u n-nukleu ċċarġjat b'mod pożittiv, u hemm ċertu ammont ta' enerġija potenzjali. Is-somma tal-enerġija kinetika u l-enerġija potenzjali tal-elettroni kollha hija l-enerġija tal-atomu kollu, li tissejjaħ l-enerġija interna tal-atomu.
L-elettroni kollha jduru madwar in-nukleu; xi kultant aktar qrib in-nukleu, l-enerġija ta’ dawn l-elettroni tkun iżgħar; xi kultant aktar ’il bogħod min-nukleu, l-enerġija ta’ dawn l-elettroni tkun akbar; skont il-probabbiltà ta’ okkorrenza, in-nies jaqsmu s-saff tal-elettroni f’“Livelli ta’ Enerġija” differenti; Fuq ċertu “Livell ta’ Enerġija”, jista’ jkun hemm diversi elettroni li jduru ta’ spiss, u kull elettron m’għandux orbita fissa, iżda dawn l-elettroni kollha għandhom l-istess livell ta’ enerġija; Il-“Livelli ta’ Enerġija” huma iżolati minn xulxin. Iva, huma iżolati skont il-livelli ta’ enerġija. Il-kunċett ta’ “livell ta’ enerġija” mhux biss jaqsam l-elettroni f’livelli skont l-enerġija, iżda jaqsam ukoll l-ispazju orbitanti tal-elettroni f’diversi livelli. Fil-qosor, atomu jista’ jkollu diversi livelli ta’ enerġija, u livelli ta’ enerġija differenti jikkorrispondu għal enerġiji differenti; xi elettroni jduru f’“livell ta’ enerġija baxx” u xi elettroni jduru f’“livell ta’ enerġija għoli”.
Illum il-ġurnata, il-kotba tal-fiżika tal-iskola medja mmarkaw b'mod ċar il-karatteristiċi strutturali ta' ċerti atomi, ir-regoli tad-distribuzzjoni tal-elettroni f'kull saff tal-elettroni, u n-numru ta' elettroni f'livelli ta' enerġija differenti.
F'sistema atomika, l-elettroni bażikament jiċċaqalqu f'saffi, b'xi atomi f'livelli ta' enerġija għolja u oħrajn f'livelli ta' enerġija baxxa; minħabba li l-atomi huma dejjem affettwati mill-ambjent estern (temperatura, elettriku, manjetiżmu), elettroni ta' livell ta' enerġija għolja huma instabbli u jagħmlu tranżizzjoni spontanja għal livell ta' enerġija baxxa, l-effett tagħhom jista' jiġi assorbit, jew jistgħu jipproduċu effetti ta' eċċitazzjoni speċjali u jikkawżaw "emissjoni spontanja". Għalhekk, fis-sistema atomika, meta elettroni ta' livell ta' enerġija għolja jagħmlu tranżizzjoni għal livelli ta' enerġija baxxa, ikun hemm żewġ manifestazzjonijiet: "emissjoni spontanja" u "emissjoni stimulata".
Radjazzjoni spontanja, elettroni fi stati ta' enerġija għolja huma instabbli u, affettwati mill-ambjent estern (temperatura, elettriku, manjetiżmu), jemigraw spontanjament għal stati ta' enerġija baxxa, u l-enerġija żejda tiġi rradjata fil-forma ta' fotoni. Il-karatteristika ta' dan it-tip ta' radjazzjoni hija li t-tranżizzjoni ta' kull elettron titwettaq b'mod indipendenti u hija każwali. L-istati tal-fotoni ta' emissjoni spontanja ta' elettroni differenti huma differenti. L-emissjoni spontanja tad-dawl hija fi stat "inkoerenti" u għandha direzzjonijiet imxerrda. Madankollu, ir-radjazzjoni spontanja għandha l-karatteristiċi tal-atomi nfushom, u l-ispettri tar-radjazzjoni spontanja ta' atomi differenti huma differenti. Meta nitkellmu dwar dan, ifakkar lin-nies f'għarfien bażiku fil-fiżika, "Kwalunkwe oġġett għandu l-abbiltà li jirradja s-sħana, u l-oġġett għandu l-abbiltà li kontinwament jassorbi u jarmi mewġ elettromanjetiku. Il-mewġ elettromanjetiku rradjat mis-sħana għandu ċerta distribuzzjoni tal-ispettru. Dan l-ispettru Id-distribuzzjoni hija relatata mal-proprjetajiet tal-oġġett innifsu u t-temperatura tiegħu." Għalhekk, ir-raġuni għall-eżistenza tar-radjazzjoni termali hija l-emissjoni spontanja tal-atomi.
Fl-emissjoni stimulata, elettroni ta' livell għoli ta' enerġija jgħaddu għal livell ta' enerġija baxxa taħt l-"stimulazzjoni" jew l-"induzzjoni" ta' "fotoni adattati għall-kundizzjonijiet" u jirradjaw foton tal-istess frekwenza bħall-foton inċidentali. L-akbar karatteristika tar-radjazzjoni stimulata hija li l-fotoni ġġenerati mir-radjazzjoni stimulata għandhom eżattament l-istess stat bħall-fotoni inċidentali li jiġġeneraw radjazzjoni stimulata. Huma fi stat "koerenti". Għandhom l-istess frekwenza u l-istess direzzjoni, u huwa kompletament impossibbli li wieħed jiddistingwi t-tnejn mid-differenzi bejniethom. B'dan il-mod, foton wieħed isir żewġ fotoni identiċi permezz ta' emissjoni stimulata waħda. Dan ifisser li d-dawl jiġi intensifikat, jew "amplifikat".
Issa ejja nanalizzaw mill-ġdid, liema kundizzjonijiet huma meħtieġa sabiex tinkiseb radjazzjoni stimulata aktar u aktar frekwenti?
Taħt ċirkostanzi normali, in-numru ta' elettroni f'livelli ta' enerġija għolja huwa dejjem inqas min-numru ta' elettroni f'livelli ta' enerġija baxxa. Jekk trid li l-atomi jipproduċu radjazzjoni stimulata, trid iżżid in-numru ta' elettroni f'livelli ta' enerġija għolja, għalhekk għandek bżonn "sors ta' pompa", li l-iskop tiegħu huwa li jistimula aktar. Wisq elettroni ta' livell ta' enerġija baxxa jaqbżu għal livelli ta' enerġija għolja, għalhekk in-numru ta' elettroni ta' livell ta' enerġija għolja se jkun aktar min-numru ta' elettroni ta' livell ta' enerġija baxxa, u se sseħħ "treġġigħ lura tan-numru ta' partiċelli". Wisq elettroni ta' livell ta' enerġija għolja jistgħu jibqgħu biss għal żmien qasir ħafna. Il-ħin se jaqbeż għal livell ta' enerġija aktar baxx, għalhekk il-possibbiltà ta' emissjoni stimulata ta' radjazzjoni se tiżdied.
Naturalment, is-“sors tal-pompa” huwa ssettjat għal atomi differenti. Dan iġiegħel lill-elettroni “jirreżonaw” u jippermetti lil aktar elettroni ta’ livell baxx ta’ enerġija jaqbżu għal livelli ta’ enerġija għolja. Il-qarrejja bażikament jistgħu jifhmu, x’inhu l-lejżer? Kif jiġi prodott il-lejżer? Il-lejżer huwa “radjazzjoni tad-dawl” li hija “eċċitata” mill-atomi ta’ oġġett taħt l-azzjoni ta’ “sors tal-pompa” speċifiku. Dan huwa l-lejżer.
Ħin tal-posta: 27 ta' Mejju 2024
