Posted By: LubosMotl (Lumo in love another year) on 'CZscience' Title: Laser a koherence zareni Date: Thu Feb 22 08:49:05 1996 Rad bych rekl par slov o tom, co povazuji za fundamentalni na funkci laseru. Kdyz nekdo prinese LASER, predlozi ho a zepta se, proc vydava koherentni zareni, podstata odpovedi bude asi: v laseru dochazi ke stimulovane emisi zareni, ktereho vysledkem je typicky koherentni zareni. Proc a co to je? Stimulovana emise ^^^^^^^^^^^^^^^^^ Nejdrive o (STIMULOVANE) ABSORBCI. Svetlo o urcite vlnove delce muze byt absorbovano (pohlceno) latkou; soucasne s absorbci kvanta vlneni musi dojit k excitaci napr. atomu. Pravdepodobnost, ze se atom excituje, je umerna mnozstvi fotonu v danem stavu (tj. intenzite zareni). Pravdepodobnost je ovsem kvadratem nejake amplitudy urciteho hermitovskeho operatoru. Matice herm. operatoru (herm.matice) musi splnovat M_{ij}=M_{ji}* (komplexni sdruzeni * lze zde vynechat, rec jde o realnych maticich) cili napriklad pravdepodobnost prechodu ze stavu s N+1 fotony do stavu s N fotony (ktera je umerna poctu fotonu pred absorbci N+1) se musi rovnat pravdepodobnosti prechodu ze stavu s N fotony do stavu s N+1 fotony. Jinymi slovy, symetricnost matice M, odpovidajici za absorbci a emisi, ma za nasledek shodu amplitud (a tedy i pravdepodobnosti) prechodu N+1 fotonu -> N fotonu (absorbce 1 fotonu) a N fotonu -> N+1 fotonu (emise 1 fotonu), je tedy umerna N+1. Proto (diky te jednicce v N+1) muze dojit k emisi i v pripade, ze kolem emitujiciho atomu zadne vlneni neni - tzv. SPONTANNI EMISE (zadna analogie "spontanni absorbce" neexistuje, protoze prechod do vyssiho stavu bez pohleceni fotonu - ktery tam neni - by narusil zachovani energie). Pravdepodobnost je ovsem mnohem vyssi, kdyz je tam vice fotonu (clen N v N+1 zastupuje STIMULOVANOU EMISI). Fotony jako vsechny bosony maji velmi radi byt vsechny v jednom stavu - proto vznika koherentni zareni. > ...ale spociva v poukazu na to proc vznika pri stimulovane > excitaci elektronu koherentni zareni ... Myslim, ze jsi, ctenari, uz ziskal aspon zasadni predstavu o tom, ze koherentni zareni nevznika diky nejake excitaci elektronu (na zpusobu, jak elektron dostaneme nahoru, nezalezi, existuji ruzne lasery z tohoto hlediska), nybrz naopak diky STIMULOVANE EMISI (ktere dusledkem je prechod do NIZSIHO STAVU, tj. DEEXCITACE), a ze nema smysl pojem "stimulovana excitace", protoze kazda excitace je v tomto ohledu stejna. Na zkonstruovani celeho laseru je jeste treba dostat hodne atomu do vyssiho stavu, aby je bylo mozno spolecne deexcitovat. To se dela napr. pomoci metastabilnich hladin: 3-------------- A | spadnou 2-------------- | vybudi se V samy dolu | tento prechod je | nahoru | nepravdepodobny 1-------------- | V Hladiny 1,2,3 musi byt voleny tak, aby prechod 2 -> 1 byl nepravdepodobny. Atomy se prevedou (teplem, svetlem...) ze stavu 1 do 3, odkud spadnou samy do 2 a tam se drzi celkem dlouhou dobu - a cekaji na stimulovanou emisi. Ta prijde a oni PRECHAZEJI z hladiny 2 na hladinu 1, svetlo teto frekvence se vyzaruje. Soucasti laseru je rezonancni komora, kde se fotony hromadi... a obvykle malym otvorem pousteji ven. ///// Superstring theory is the language in which God wrote the world. /// O __ Your Lumo ;-) motl@menza.mff.cuni.cz /// ///_______/ http://www.ms.mff.cuni.cz/~lmot2220/ Mozna az jednoho velekrasneho dne - 32.unora 1996 - stane se vule bozi...