LASER
Rozpatrywaliśmy przed chwilą model, w którym atomy gazu mogą absorbować fotony o odpowiedniej energii. Wiąże się to z przeskokiem elektronu na wyższą orbitę. Wzbudzony w ten sposób atom może po krótkiej chwili wyemitować foton. Jego elektron przeskakuje więc ponownie na niższą orbitę. Zarówno foton zaabsorbowany, jak i wyemitowany ma energię równą różnicy energii obu poziomów energetycznych.
W 1917 roku Albert Einstein zastanawiał się nad inną możliwością. Stwierdził, że może zachodzić również inny proces - nazwany emisją wymuszoną. Na czym ona polega? Wyobraźmy sobie atom znajdujący się w stanie wzbudzonym. Jak wiesz atom taki emituje po chwili pewien foton. Wyemitowany foton napotyka na swej drodze inny wzbudzony atom. Ale tym razem foton powoduje, iż atom ten przechodzi do stanu podstawowego emitując identyczny foton. Mamy więc teraz dwa takie same fotony - wymuszony i wymuszający. Fotony te biegną w tym samym kierunku, mają identyczne fazy i częstotliwości. Proces ten nazywa się właśnie emisją wymuszoną.
Jak zauważyliśmy foton wymuszający, musi mieć energię identyczną z energią fotonu, który zostałby wyemitowany przez drugi atom, gdyby wracał on do stanu podstawowego.
Dwa fotony (wymuszony i wymuszający) mogą teraz napotkać kolejne atomy wzbudzone i spowodować kolejne emisje. Poruszają się więc teraz w tym samym kierunku cztery identyczne fotony. Napotykają one kolejne wzbudzone atomy. Zachodzi kolejna emisja wymuszona. Proces ten narasta lawinowo (prawdę mówiąc część fotonów napotka atomy w stanie podstawowym i będzie mogła je wzbudzić). Urządzeniem, w którym zachodzi taka lawinowa emisja wymuszona jest właśnie laser.
Nie będziemy wnikać głębiej w problemy związane z konstrukcją laserów. Jeżeli kogoś to interesuje może przeczytać o tym na stronie dla bardziej zaawansowanych. Tutaj tylko powiemy, że światło emitowane przez laser różni się całkowicie od światła, które emitują inne źródła. Jest ono spójne - wszystkie fotony wchodzące w jego skład mają tą samą energię. Dlatego światło emitowane przez laser nie jest koloru białego, a na przykład ma kolor czerwony, zielony, bądź niebieski - wiązka składa się ze światła o ściśle określonej jednej długości fal. Istnieją również lasery emitujące promieniowanie niewidoczne dla ludzkiego oka. Takie promieniowanie można zaobserwować, gdyż pobudza do świecenie niektóre substancje. Spójną wiązkę światła laserowego możemy wykorzystywać do różnych celów. Znalazła ona szerokie zastosowanie w medycynie. Dzięki laserom można przeprowadzać różne zabiegi, operacje, których nie byłoby możliwe bez ich wykorzystania. Służą one do również do odczytu danych z popularnych dziś płyt CD. Wykorzystuje się je także w innych sprzętach elektronicznych, a także do skomplikowanej obróbki różnych materiałów. Dzięki nim można dokładnie zmierzyć odległości do odległych przedmiotów. Załoga Apolla zostawiła na Księżycu specjalne zwierciadła, od których miała odbijać się wysyłana z Ziemi wiązka laserowa. Dzięki temu stało się możliwe bardzo dokładne zmierzenie odległości do naszego naturalnego satelity. Lasery stosowane są na szeroką skalę w wojsku - jako celowniki optyczne lub nawet broń. Spójna wiązka o wysokiej energii może niszczyć różne odległe obiekty - na przykład satelity, bądź rakiety. Lasery są stosowane przez naukowców do najróżniejszych doświadczeń, które poszerzają naszą wiedzę o świecie. Znalazły one zastosowanie także w telekomunikacji.
Badania nad nowymi wykorzystaniami laserów wciąż trwają. Trudno dziś powiedzieć jakie zastosowania znajdzie on w przyszłości. Jednak już dziś można powiedzieć z całym przekonaniem, że skonstruowanie lasera stało się jednym z najważniejszych osiągnięć fizyki i techniki XX wieku.
ZAPAMIĘTAJ:
|
Emisja wymuszona została teoretycznie przewidziana przez Alberta Einsteina. |
|
Foton wymuszający i wymuszony mają tą samą energię, fazę i biegną w tym samym kierunku. |
|
Laser działa dzięki procesowi emisji wymuszonej. |
|
Światło emitowane przez lasery jest światłem spójnym - fotony wchodzące w jego skład są identyczne. |
Wyszukiwarka