七,激光的製作原理(下)(1 / 1)

看著侃侃而談的錢安,陳倩生有種麵對自己老師的錯覺。   更令他心驚的是,這家夥的描述,是對的。   “這些東西都是你自學的?”   陳倩生雖對錢安的講述感到震驚,但還是忍不住質疑他。   甚至他都想解剖這小子的腦袋,看看它是怎麼長的。   這些知識真是自學能懂的?   “也不算吧。”麵對陳倩生的提問,錢安不敢說出真實情況。   若自己將造物主三個字說出口,陳倩生這孫子,肯定認定自己就是神經病。   所以為了避免這孫子給自己釘上神經病的標簽。   錢安還是選擇將奇怪夢境隱瞞了下來。   “不算?”捕捉到錢安話中的不確定,陳倩生推了推眼鏡,浮想聯翩起來。   “平日裡我也會看一些關於量子力學的書籍,當然不算自學。”   察覺到陳倩生開始質疑自己,錢安也不虛。   反正關於造物主的事情,隻有自己清楚,自己不說他也猜不到。   “行吧,接著說說你知道的激光原理。”   揮動手中的鋼筆,陳倩生在報告中,印著確診二字的選項畫了個問號。   隻因錢安講述起量子知識的思維和邏輯並不混亂。   隻是有部分細節,文字無法表達,唯有運用數學公式才能清晰明了的表達。   雖然如此,但也不影響他對電子描述的正確性。   “起初激光的名字並不叫激光,而是鐳射光……”   直到咱們華夏著名物理學家錢學森同誌,   將其翻譯後,改名為激光這一名詞,激光的名字才逐漸走進大眾視野。   起初激光的奠基者,乃是愛因斯坦在1917年提出的受擊輻射理論得出。   受擊輻射理論中提到,電子從基態躍遷至激發態時,它會吸收一個光子。   當它從激發態再次回歸基態時又會釋放一個相同的光子。   但!   電子處於激發態時,什麼時候回到基態的時間是隨機的,不確定的。   而受擊輻射理論中提出,假設這個時候從外界,射進一束光穿過能級軌道之間。   而這束光的能量恰好等於電子從激發態,往基態躍遷時釋放的光子能量時。   這一束光便會誘導激發態的電子,立即躍遷至基態,   並釋放出一個與外界光束相同頻率,相同相位的光子。   隨後的過程中,這顆光子同樣會向前飛行,   誘導其它處於激發態的電子,做出完全相同的動作。   這樣一來,光子的數量就會越來越多,形成一個類似於雪崩效應的現象。   說簡單點,這個現象就好似一個“克隆人”,   往後的每一個電子都會復製第一個電子的舉動。   立即釋放光子從激發態回到基態。   而這個就是激光形成的基本原理,以及受擊輻射的原理。   說到這。   不得不提到一位著名的物理學家玻爾,發明的玻爾模型。   在玻爾模型中,電子的能級軌道分別有,基態和激發態。   基態指的是電子保持低能級狀態時,所處的能級軌道。   而激發態是指,電子所處基態以外的能級軌道。   但在這裡需要說明一點,真實的電子能級軌道沒有軌道。   電子發生躍遷時,就像我們現在所處的房間,   它會根據吸收特定頻率攜帶的能量,隨機出現在房間的某個位置。   而這個位置,就是電子躍遷的能級軌道。   所以世界上所有物理、化學、量子書籍上對電子所處的空間和能級軌道的描述,   以及波爾模型都是錯的,那些圖隻是為了方便理解,畫出的理想圖形。   並不是真實電子所處空間的結構圖。   這也是為什麼研究量子力學的科學家,   總會說量子世界很抽象,很難用語言和圖形表達。   說到這時,錢安搖頭嘆了口氣,露出無奈的笑容。   “從這點也可以看出,人類對真實量子世界的理解,以及想象力匱乏到何等程度……”   至於基態和激發態的描述,我打個比方。   就好比你是一個電子,你坐著的床就是你的基態能級軌道。   而我是另一個電子,我現在坐著的地板,就是我的能級軌道。   對於你而言,我的位置是你的第一激發態。   我的第一激發態則是墻後的客廳以此類推。   聽著錢安的講述,陳倩生心裡的震撼無以復加。   如此簡潔的講述方式,自己這半吊子竟然聽懂了。   很難想象眼前這小子,對於量子世界的研究,到了何等爐火純青的地步。   “直到1958年,美利堅國的兩名科學家,湯斯和肖洛提出的粒子束反轉……”   其實這個粒子束反轉,聽著沒那麼玄乎。   也就是電子處於高能級激發態的一種描述。   隨著這一理論被提出,激光器有了雛形。   世界上第一臺激光器是在1960年,由美利堅國,休斯頓實驗室的梅曼提出的紅寶石激光器。   這臺激光器較為簡單,它的理論原理圖大概可以分為三個能級係統。   分別是E1、E2、E3。    E1代表基態,E2代表第一激發態,E3代表第二激發態。   起初的紅寶石中的電子都處於E1,也就是沒有外界光源乾涉處於的低能級基態。   隨後他選擇一種名為氙燈的強光,照射進紅寶石內部。   使得處於基態的電子吸收強光的輻射能量後,立即躍遷至E3也就是第二激發態。   而電子處於激發態時並不穩定,找書苑 www.zhaoshuyuan.com 它在完成躍遷後,會停留在激發態一小段時間。   大概是10的負9次方秒。   之後便會再次發生低能級躍遷,但它並不會立即躍遷回到基態,   而是在E2也就是第一激發態再次停留,這次的時間大概是10的負3次方秒。   比在第二激發態停留的更久一些。   直到第一個發生能級躍遷的電子,從第一激發態回到基態,並釋放出光子時。   後續處於第一激發態的電子,便會因為這顆光子的出現,   也從第一基發態回到基態,並釋放相同頻率和相位的光子向前運動。   這個過程有個缺陷,隨著光子數量增加,紅寶石受擊輻射後的光子會逃逸出去。   使得光子數量在增加和減少之間徘徊。   因此達不到激光的強度!   為了解決這一辦法,後來的科學家,給紅寶石晶體兩端放置諧振腔。   這個諧振腔實際就是紅寶石左側的全反射平麵鏡,和右側的半反射半透的平麵鏡。   有了這兩個東西後,逃逸的光子便會撞到兩麵鏡子上,進行來回反射。   直到光子數量達到一定閾值,便會從右側的半反射半透鏡的圓孔發射出,形成所謂的激光。   但光學研究最為復雜的不是其原理,而是關於諧振腔的幾何折射問題,以及光線傳輸矩陣。   說實話,我很討厭數學,但討厭的不是數字,而是各種代表文字的特殊符號,   但離開特殊符號,許多物理問題又難以用文字描述。   話到此處,錢安再次停頓。