Номер 2, страница 185 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 51. Лазер. Глава 6. Квантовая теория электромагнитного излучения и вещества - номер 2, страница 185.

2. Какой источник излучения называют лазером?

Лазер (англ. laser, акроним от Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation — «усиление света посредством вынужденного излучения») — это квантово-механический генератор, который создаёт и усиливает электромагнитное излучение, чаще всего в видимом, инфракрасном или ультрафиолетовом диапазоне спектра. Принцип работы лазера основан на явлении вынужденного (индуцированного) излучения. В отличие от обычных источников света (например, лампы накаливания), которые излучают свет спонтанно и хаотично, лазер генерирует узконаправленный, когерентный и монохроматический пучок света.

Работа лазера базируется на нескольких ключевых компонентах и процессах.

Активная среда и инверсия населённостей. Сердцем лазера является активная (рабочая) среда — вещество (газ, жидкость, кристалл, полупроводник), атомы или молекулы которого способны накапливать энергию. С помощью внешнего источника накачки (например, мощной лампы или электрического разряда) атомы среды переводятся в возбуждённое состояние. Цель накачки — создать инверсию населённостей. Это особое, неравновесное состояние, при котором число атомов на верхнем (возбуждённом) энергетическом уровне $E_2$ превышает их число на нижнем уровне $E_1$.

Вынужденное излучение и усиление света. Когда случайный фотон с энергией, равной разности уровней ($E = h\nu = E_2 - E_1$), пролетает мимо возбуждённого атома, он стимулирует (вынуждает) этот атом перейти на нижний уровень. При этом атом испускает второй фотон, который является абсолютной копией первого: он имеет ту же энергию (частоту), направление движения, фазу и поляризацию. Этот процесс называется вынужденным излучением. Каждый такой акт удваивает число идентичных фотонов, что приводит к усилению света.

Оптический резонатор. Чтобы усиление было эффективным, активную среду помещают в оптический резонатор. В простейшем случае это два параллельных зеркала. Одно зеркало почти полностью отражает свет, а второе является полупрозрачным. Фотоны, движущиеся вдоль оси резонатора, многократно отражаются от зеркал и проходят через активную среду, вызывая всё новые и новые акты вынужденного излучения. Возникает лавинообразный процесс генерации когерентных фотонов. Часть этого усиленного света выходит наружу через полупрозрачное зеркало, формируя лазерный луч.

В результате этого процесса лазерное излучение приобретает уникальные свойства: когерентность (согласованность фаз световых волн), монохроматичность (очень узкий диапазон частот, «чистый» цвет), направленность (малая расходимость пучка) и высокую интенсивность (большая концентрация энергии).

Ответ: Лазером называют источник электромагнитного излучения (квантовый генератор), работающий на основе процесса вынужденного (индуцированного) излучения. Он преобразует энергию накачки (световую, электрическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического и узконаправленного потока излучения.