Inoltre, in forma semplificata, possiamo dire che quando un atomo è eccitato, alcuni elettroni si spostano su orbite più lontane dal nucleo, con livelli di energia più elevati. Lo studio del fotone richiede più concetti di fisica quantistica, che non sono oggetto di questa pagina. Possiamo dire che questa è la più piccola quantità di luce, cioè la luce può essere presa come un insieme di particelle elementari chiamate fotoni. Esiste una relazione matematica tra il cambiamento di energia e la frequenza del fotone luminoso emesso.

Il fenomeno dell'emissione di fotoni da parte di atomi eccitati è in pratica abbastanza numeroso. Un metallo riscaldato al di sopra di una certa temperatura emette luce a causa dell'eccitazione degli atomi da parte del calore. Gli atomi di fosforo sullo schermo di un cinema sono eccitati da un raggio di elettroni incidente per emettere luce. I livelli di energia cambiano in base a una certa distribuzione statistica e gli atomi emettono fotoni in un modo indipendente dagli altri. Pertanto, questo tipo di radiazione è chiamato o non stimolato.

I fotoni generati dall'emissione spontanea possono trovare atomi in condizioni da stimolare e formare così una reazione a catena nel processo. In realtà non è così facile. In qualsiasi momento, il numero di atomi eccitati è molto piccolo rispetto al totale e anche il tempo durante il quale rimangono in uno stato eccitato è molto breve. Pertanto, la maggior parte dei fotoni emessi spontaneamente non riesce a trovare atomi che causino emissioni stimolate.

Potresti anche pensare che il riscaldamento contribuisca al processo, ma non è così. Il calore aumenta l'energia media dell'insieme, ma non aumenta la proporzione di atomi eccitati rispetto al nuovo livello di energia. La Figura 02 mostra la costruzione di uno dei primi tipi. Un cristallo di rubino a forma di barzo è eccitato da una lampada a gas. Il cristallo ha la proprietà di eccitazione metastabile e quindi l'emissione stimolata avviene nel circuito. C'è uno specchio riflettente al 100% su un'estremità e uno specchio parzialmente riflettente sull'altra.

La riflessione reciproca fa sì che i fotoni si allineino longitudinalmente e un raggio di luce altamente concentrato e monocromatico viene emesso attraverso il riflettore parziale. Sulla fig. 03 mostra il principio di base del funzionamento del laser utilizzando una miscela di metallo e neon in un rapporto di circa 5: bassa pressione. Sotto forma di equazione, il processo può essere descritto come.

Dove quest'ultima puntata è una piccola differenza di energia tra di loro. La Figura 01 di questo esempio mostra un esempio con 5 livelli. Simile a quanto sopra, le estremità hanno superfici a specchio e semi-specchio. Il design del modello crea una forma di perforazione non adatta, ad esempio, ai cavi in ​​fibra. Ce ne sono altri che producono fasci concentrati.

Gli elementi menzionati nella tabella sono drogati in questi cristalli. La materia è un'associazione di atomi e, poiché sono combinati in base alla loro energia, la materia è una forma di energia. Allo stesso modo, la radiazione elettromagnetica è un'altra forma di energia e le lunghezze d'onda comprese tra 4 mm e 8 mm attivano il senso della vista, producendo una sensazione chiamata luce. Questa sensazione varia dal rosso al viola; determinare visivamente la lunghezza d'onda in base al colore.

L'interazione reciproca può verificarsi tra materia e radiazione elettromagnetica, quindi Onda elettromagnetica può rompere il campo, cioè distribuzione della carica atomica. Questa interazione, tuttavia, è una funzione della probabilità che gli elettroni dell'atomo siano in uno stato energetico superiore al loro stato minimo, quando l'atomo è chiamato atomo eccitato.

Quando c'è un'interazione di energia, c'è un assorbimento di energia da parte dell'elettrone dell'atomo, che con un aumento di energia cambierà dallo stato fondamentale fondamentale a uno stato di energia superiore. Questo meccanismo è reversibile; quindi, quando un elettrone ritorna al suo stato fondamentale, restituirà quell'energia sotto forma di emissione di fotoni.

La struttura dell'atomo nel modello proposto da Bohr è identica alla struttura sistema solare. Il nucleo dell'atomo sarà il Sole, e gli elettroni saranno pianeti, che occuperanno orbite diverse attorno al nucleo, in base al suo livello di energia e secondo la probabilità nota come "coefficiente di Einstein".

L'assorbimento della radiazione è una caratteristica integrale dell'atomo, cioè ne definisce la proprietà. Da questo principio partono alcune complesse analisi dell'analisi chimica del materiale. Quando una certa energia viene applicata a un atomo, sia esso calore, scarica elettrica, radiazione luminosa, reazione chimica o qualsiasi altra forma, il suo livello di energia aumenta e, quindi, gli elettroni iniziano a ruotare nelle orbite esterne. Questo processo è chiamato eccitazione, che è la base per il funzionamento del laser.

L'aumento energetico causato dall'eccitazione verrà infine rilasciato in qualche modo perché l'elettrone si sforza sempre di tornare al suo livello di energia originale. Questo rilascio di energia può provenire da collisioni con altri elettroni, o anche atomi, o anche dall'emissione di fotoni.

La costante della barra è il valore che, moltiplicato per la frequenza dell'onda, dà il valore dell'energia contenuta in ciascun pacchetto di energia dell'onda. L'emissione spontanea si verifica quando gli elettroni, dopo aver rilasciato un fotone, tornano a livelli di energia inferiori. Il fotone ha molto più probabilmente assorbimento da parte di un elettrone a bassa energia, che caratterizza l'emissione spontanea. Questo processo è molto simile al decadimento dei radioisotopi, ma in un tempo molto più breve.

Emissione stimolata è il nome dato a un'emissione di fotoni creata in determinate condizioni. L'emissione stimolata si verifica quando un atomo eccitato riceve l'azione di un fotone, che può essere causato da un'emissione spontanea e che provocherà l'emissione di un altro. Si comprende così che un fotone può stimolare l'emissione di più di uno, caratterizzando così il guadagno reale. Tuttavia, per questo è necessario avere più elettroni eccitati che non eccitati.

In condizioni normali, la popolazione o percentuale di elettroni è inversamente proporzionale alla quantità di energia; quindi, minore è l'energia, maggiore è il numero di elettroni a un dato livello di energia. Un'inversione di popolazione esiste quando il numero di elettroni nella regione a bassa energia è maggiore che nella regione a più alta energia. Per l'emissione stimolata è necessaria un'inversione della popolazione.

In questo stato, il fotone ha un'alta probabilità di essere assorbito da elettroni ad alta energia, che rilasceranno altri fotoni. Tuttavia, la radiazione sotto forma di fotoni viene emessa disorientata e policromatica, cioè senza direzioni particolarmente privilegiate e senza un fascio avente una determinata lunghezza d'onda.

Per utilizzare in modo ottimale la radiazione, è necessario determinare la lunghezza d'onda e la direzione di propagazione del raggio. In linea di principio, questo è l'intero circuito di lavoro del laser, ad es. un dispositivo con condizioni per creare emissioni stimolate di fotoni e metodi per il fascio diretto e calibrato di fotoni generati.

Una semplice macchina laser a corpo solido è come un cristallo avvolto in un flash, con estremità metalliche parallele al piano, una superficie riflettente e una parzialmente trasparente. Quindi si forma un risonatore ottico. Se un cristallo di rubino riceve energia sotto forma di radiazione elettromagnetica, gli elettroni occuperanno di più alto livello energia; Una volta interrotto lo stimolo, gli elettroni occuperanno un livello di energia metastabile, cioè un livello intermedio di stabilità.

Poi la generazione di raggio laser procede da questo livello di energia al livello di base, rilasciando luce coerente. Il raggio di luce emesso in questo modo è concentrato su una superficie molto piccola da una sola lente e funge da fonte di energia.

Il laser al rubino ha un tasso di rendimento di circa lo 0,1%. Il loro rendimento varia dallo 0,2% al 3%. Il risonatore ottico in questo caso è costituito da un tubo a scarica di gas attraverso il quale passa un gas laser, qui una miscela di anidride carbonica, azoto molecolare ed elio. In questo miscela di gas viene applicata una tensione continua dell'ordine delle decine di kV.

Il laser a gas ha una pressione di esercizio di circa 100 millibar. Il tubo risonatore strutturale compatto si piega in più parti, così puoi ottenere ad alta potenza. Il laser al rubino è un laser a lunghezza d'onda di 694 nm che può avere un impulso corto o più lungo. Ottiene questo nome perché la matrice che genera il laser è infatti un rubino. Questo laser ha un'elevata affinità per i pigmenti della pelle ed è molto utilizzato oggi per la rimozione dei tatuaggi. Il laser rubino produce luce rossa con molta energia in brevissimo tempo, che viene assorbita solo dalla melanina o pigmento del tatuaggio.