Физика лазеров
Алдошкин Ю. Г. Новые пути в физике Физика лазеров Содержание: 1) Определения 2) Рубиновый лазер 3) Уровни энергии и излучение лазера 4) Лазер в квантовой механике 5) Законы электродинамики 6) Лазер в электродинамике Определения используемых понятий: РЕЗОНАТОР, колебательная система, способная накапливать энергию колебаний под действием внешних воздействий. ЛАЗЕР (оптический квантовый генератор), источник когерентного эл.-магн. излучения оптич. диапазона, действие которого основано на использовании вынужденного излучения атомов и молекул. КОГЕРЕНТНОСТЬ эл.-маг. излучения состоящего из множества эл.-маг. волн – равенство амплитуд и частот составляющих волн, а также постоянство разностей фаз любой пары волн. Будет описан физический процесс, результатом которого является когерентное лазерное излучение. Рубиновый лазер. Приведено описание принципов конструкции и работы, а также основные характеристики. Рубин – синтетический монокристалл корунда (окиси алюминия). При выращивании кристалла в него добавляют ионы хрома (примерно 0.05 %). Дано описание уровней энергии атома и поглощения и излучения фотонов атомом в соответствии с постулатами квантовой теории. В квантовой механике не установлена связь постулируемой энергии атома с электронами атома. Природа энергии атома и физика излучения атома не раскрыта. По представлениям квантовой механики фотоны, испускаемые лампой накачки лазера, переводят ионы хрома из состояния с основным уровнем энергии на возбужденный уровень. Затем большая часть ионов переходит на метастабильный уровень. При этом переходе излучение отсутствует (безызлучательный переход). Выделяемая энергия передается кристаллической решетке корунда. При переходе ионов хрома с метастабильного уровня на основной испускаются фотоны, соответствующие красной линии оптического диапазона электромагнитных волн. Испускаемые ионами хрома фотоны, параллельные оси рубинового стержня, многократно отражаются от торцов стержня и выбивают новые ионы с метастабильного уровня с испусканием новых фотонов. Происходит лавинообразный процесс увеличения числа фотонов. Параллельные торцы стержня с перемещающимися между ними фотонами являются резонатором. Лазерное излучение появляется при некотором критическом уровне числа фотонов. Основные законы электродинамики. Закон электромагнитного поля заряженной частицы. Электромагнитное поле заряженной частицы сосредоточено в плоскости, ортогональной вектору скорости частицы. Закон электромагнитного взаимодействия заряженных частиц. При пересечении заряженной частицей (приемником) электромагнитного поля другой частицы (источника) частицы обмениваются импульсами. В импульсной газоразрядной лампе накачки лазера имеют место беспорядочные хаотичные движения заряженных частиц. Эти заряженные частицы через электромагнитное воздействие возбуждают колебания электронов-осцилляторов в электронных оболочках ионов хрома и корунда. Это колебания имеют широкий спектр частот. Вследствие явления резонанса среди возбужденных колебаний превалируют колебания электронов-осцилляторов ионов хрома на собственной частоте этих осцилляторов. Собственная частота соответствует красной линии оптического диапазона шкалы электромагнитных волн. Колеблющиеся электроны хрома образуют систему, они взаимодействуют между собой. В монокристалле рубина в системе устанавливаются когерентные колебания. Оси колебаний ортогональны оси рубинового стержня. Система электронов аккумулирует кинетическую энергию колеблющихся электронов. Такая система является резонатором. Колеблющиеся электроны излучают когерентные электромагнитные волны, составляющие красное излучение рубинового лазера. Сформулированы свойства лазерного излучения: 1) Частота составляющих волн равна частоте красной линии оптического диапазона; 2) Электромагнитные волны, составляющие излучение, когерентны 3) Излучение представляет собой узкий пучок лучей, параллельных оси рубинового стержня. Получение упорядоченного (или согласованного, или когерентного) оптического излучения в рубиновом лазере является результатом согласованных колебаний электронов-осцилляторов в ионах хрома и корунда. Изначально хаотичными электромагнитными воздействиями заряженных частиц импульсной газоразрядной лампы накачки лазера возбуждаются неупорядоченные колебания электронов. Затем колебания синхронизируются за счет электромагнитного взаимодействия электронов в электродинамической системе электронов. Электродинамическая система электронов-осцилляторов с равными собственными частотами колебания является резонатором. Сформулирована задача разработки теории синхронизации колебаний в электродинамической системе электронов-осцилляторов. Такая теория будет полезной не только для лазеров, но и для других электродинамических систем, возможно, для магнетронов.
Алдошкин Ю. Г. Новые пути в физике Физика лазеров Содержание: 1) Определения 2) Рубиновый лазер 3) Уровни энергии и излучение лазера 4) Лазер в квантовой механике 5) Законы электродинамики 6) Лазер в электродинамике Определения используемых понятий: РЕЗОНАТОР, колебательная система, способная накапливать энергию колебаний под действием внешних воздействий. ЛАЗЕР (оптический квантовый генератор), источник когерентного эл.-магн. излучения оптич. диапазона, действие которого основано на использовании вынужденного излучения атомов и молекул. КОГЕРЕНТНОСТЬ эл.-маг. излучения состоящего из множества эл.-маг. волн – равенство амплитуд и частот составляющих волн, а также постоянство разностей фаз любой пары волн. Будет описан физический процесс, результатом которого является когерентное лазерное излучение. Рубиновый лазер. Приведено описание принципов конструкции и работы, а также основные характеристики. Рубин – синтетический монокристалл корунда (окиси алюминия). При выращивании кристалла в него добавляют ионы хрома (примерно 0.05 %). Дано описание уровней энергии атома и поглощения и излучения фотонов атомом в соответствии с постулатами квантовой теории. В квантовой механике не установлена связь постулируемой энергии атома с электронами атома. Природа энергии атома и физика излучения атома не раскрыта. По представлениям квантовой механики фотоны, испускаемые лампой накачки лазера, переводят ионы хрома из состояния с основным уровнем энергии на возбужденный уровень. Затем большая часть ионов переходит на метастабильный уровень. При этом переходе излучение отсутствует (безызлучательный переход). Выделяемая энергия передается кристаллической решетке корунда. При переходе ионов хрома с метастабильного уровня на основной испускаются фотоны, соответствующие красной линии оптического диапазона электромагнитных волн. Испускаемые ионами хрома фотоны, параллельные оси рубинового стержня, многократно отражаются от торцов стержня и выбивают новые ионы с метастабильного уровня с испусканием новых фотонов. Происходит лавинообразный процесс увеличения числа фотонов. Параллельные торцы стержня с перемещающимися между ними фотонами являются резонатором. Лазерное излучение появляется при некотором критическом уровне числа фотонов. Основные законы электродинамики. Закон электромагнитного поля заряженной частицы. Электромагнитное поле заряженной частицы сосредоточено в плоскости, ортогональной вектору скорости частицы. Закон электромагнитного взаимодействия заряженных частиц. При пересечении заряженной частицей (приемником) электромагнитного поля другой частицы (источника) частицы обмениваются импульсами. В импульсной газоразрядной лампе накачки лазера имеют место беспорядочные хаотичные движения заряженных частиц. Эти заряженные частицы через электромагнитное воздействие возбуждают колебания электронов-осцилляторов в электронных оболочках ионов хрома и корунда. Это колебания имеют широкий спектр частот. Вследствие явления резонанса среди возбужденных колебаний превалируют колебания электронов-осцилляторов ионов хрома на собственной частоте этих осцилляторов. Собственная частота соответствует красной линии оптического диапазона шкалы электромагнитных волн. Колеблющиеся электроны хрома образуют систему, они взаимодействуют между собой. В монокристалле рубина в системе устанавливаются когерентные колебания. Оси колебаний ортогональны оси рубинового стержня. Система электронов аккумулирует кинетическую энергию колеблющихся электронов. Такая система является резонатором. Колеблющиеся электроны излучают когерентные электромагнитные волны, составляющие красное излучение рубинового лазера. Сформулированы свойства лазерного излучения: 1) Частота составляющих волн равна частоте красной линии оптического диапазона; 2) Электромагнитные волны, составляющие излучение, когерентны 3) Излучение представляет собой узкий пучок лучей, параллельных оси рубинового стержня. Получение упорядоченного (или согласованного, или когерентного) оптического излучения в рубиновом лазере является результатом согласованных колебаний электронов-осцилляторов в ионах хрома и корунда. Изначально хаотичными электромагнитными воздействиями заряженных частиц импульсной газоразрядной лампы накачки лазера возбуждаются неупорядоченные колебания электронов. Затем колебания синхронизируются за счет электромагнитного взаимодействия электронов в электродинамической системе электронов. Электродинамическая система электронов-осцилляторов с равными собственными частотами колебания является резонатором. Сформулирована задача разработки теории синхронизации колебаний в электродинамической системе электронов-осцилляторов. Такая теория будет полезной не только для лазеров, но и для других электродинамических систем, возможно, для магнетронов.