الليزر – الإسكان المعكوس والانبعاث المستحث

ماذا تعرض

يضخّم الليزر الضوء بالانبعاث المستحث: فالفوتون الذي يمر بذرة مثارة يحثها على إطلاق فوتون مماثل له في الطول الموجي والطور والاتجاه. ولكي يزيد الانبعاث على الامتصاص يجب أن يكون عدد الذرات في المستوى الأعلى أكبر منه في المستوى الأدنى، وهذا هو الإسكان المعكوس. يرفع الضخ الذرات إلى مستوى عالٍ تهبط منه سريعًا إلى مستوى شبه مستقر طويل العمر. وتعكس مرآتان الفوتونات ذهابًا وإيابًا، فيبدأ الليزر بالعمل حين يفوق الكسب في الدورة الواحدة الفقد. ويبلغ الليزر رباعي المستويات مثل ⁦He–Ne⁩ العتبة أسهل بكثير من ليزر الياقوت ثلاثي المستويات. قيم الكسب والخرج توضيحية.

طريقة الاستخدام

في تبويب «الليزر» اختر «⁦He–Ne⁩» أو «الياقوت»، وارفع «قدرة الضخ»، وغيّر «مرآة الخرج ⁦R⁩»؛ راقب توزع الذرات على المستويات، ثم اضغط «تسجيل نقطة» لرسم الخرج مقابل الضخ. وفي تبويب «ذرة واحدة» اضغط «ضخ» ثم «إرسال فوتون» لترى الامتصاص أو الانبعاث المستحث. وفي تبويب «الليزر والمصباح» حرّك «المسافة ⁦d⁩» لتقارن الشدتين.

المعاملات القابلة للتغيير

• العرض الليزر, ذرة واحدة, الليزر والمصباح
• الوسط الفعّال ⁦He–Ne⁩ (غاز), الياقوت (بلورة)
• قدرة الضخ ⁦0–100 %⁩
• انعكاسية مرآة الخرج ⁦R⁩ ⁦80–99.9 %⁩
• المسافة إلى الشاشة ⁦1–1000 m⁩

أسئلة للاستكشاف

1. لماذا يجب أن يكون مستوى الليزر الأعلى مستوى شبه مستقر؟
2. لماذا يحتاج ليزر الياقوت إلى ضخ أقوى بكثير مما يحتاجه ليزر ⁦He–Ne⁩؟
3. لماذا تسمح مرآة الخرج بنفاذ قليل من الضوء بدلًا من أن تعكسه كله؟