Номер 6, страница 203 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

6. Какой процесс называется накачкой?

6. Какой процесс называется накачкой?

Накачка в физике лазеров и квантовой электронике — это процесс передачи энергии от внешнего источника к активной (рабочей) среде лазера. Целью этого процесса является создание в среде так называемой инверсии населённостей.

В обычном, термодинамически равновесном состоянии, большинство атомов или молекул вещества находятся на нижних энергетических уровнях, и лишь небольшая их часть — на верхних (возбужденных). В таком состоянии вещество поглощает свет, так как вероятность поглощения фотона с переходом атома на верхний уровень выше, чем вероятность вынужденного излучения фотона с переходом атома на нижний уровень.

Процесс накачки «забрасывает» частицы активной среды (атомы, ионы, молекулы) на более высокие энергетические уровни. Когда на некотором верхнем энергетическом уровне оказывается больше частиц, чем на одном из нижних, возникает инверсия населённостей. Такое состояние является неравновесным и необходимым для усиления света. В среде с инверсией населённостей процесс вынужденного излучения начинает преобладать над поглощением. Каждый фотон, проходящий через такую среду, с большей вероятностью вызовет испускание нового, точно такого же фотона, чем будет поглощен. Это приводит к лавинообразному нарастанию числа одинаковых фотонов, то есть к усилению света и, при наличии оптического резонатора, к лазерной генерации.

Существуют различные методы накачки, основные из них:

• Оптическая накачка: возбуждение среды светом от другого источника, например, мощной лампы-вспышки или другого лазера. Типична для твердотельных (например, рубинового) и жидкостных лазеров.
• Электрическая накачка: использование электрического разряда в газе (в газовых лазерах, например, гелий-неоновом) или пропускание тока через p-n-переход (в полупроводниковых лазерах).
• Химическая накачка: инверсия населённостей создается за счет энергии, выделяющейся в ходе химических реакций непосредственно в активной среде.
• Газодинамическая накачка: создание инверсии путем быстрого охлаждения предварительно нагретого газа при его расширении через сопло.

Ответ: Накачкой называется процесс целенаправленной передачи энергии активной среде лазера для создания в ней инверсии населённостей — состояния, при котором на верхних (возбужденных) энергетических уровнях находится больше частиц, чем на нижних. Это состояние является обязательным условием для усиления света и возникновения лазерного излучения.