Номер 3, страница 293 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

3. Для генерации лазерного света используют вещество, атомы которого могут находиться в основном состоянии с энергией $E_1$, метастабильном состоянии с энергией $E_2$ и возбуждённом состоянии $E_3$ (см. рисунок). При этом $E_1 < E_2 < E_3$. Излучение лазера имеет частоту, равную

1) $\frac{E_2 - E_3}{h}$

2) $\frac{E_3 - E_1}{h}$

3) $\frac{E_2 - E_1}{h}$

4) $\frac{E_2 + E_3 - E_1}{h}$

В задаче описана трёхуровневая система, используемая для генерации лазерного излучения. Рассмотрим процесс, показанный на диаграмме энергетических уровней.

1. Накачка: Атомы рабочего вещества поглощают энергию, переходя из основного состояния с энергией $E_1$ на верхний возбуждённый уровень с энергией $E_3$. Этот процесс на схеме обозначен стрелкой, идущей вверх от $E_1$ к $E_3$.

2. Быстрая релаксация: Атомы, находящиеся на возбуждённом уровне $E_3$, быстро (обычно безызлучательно) переходят на более низкий, метастабильный уровень с энергией $E_2$. На схеме это показано короткой стрелкой от $E_3$ к $E_2$. Метастабильный уровень отличается большим временем жизни, что позволяет накопить на нём значительное число атомов, создавая инверсную населённость по отношению к основному уровню $E_1$.

3. Вынужденное излучение: Лазерное излучение генерируется в результате вынужденных переходов атомов с метастабильного уровня $E_2$ на основной уровень $E_1$. На схеме этот переход показан длинной стрелкой вниз от $E_2$ к $E_1$. При этом переходе испускается фотон.

Согласно второму постулату Бора, при переходе атома из состояния с большей энергией $E_m$ в состояние с меньшей энергией $E_n$ испускается квант электромагнитного излучения (фотон), энергия которого равна разности энергий этих состояний:

$E_{фотона} = E_m - E_n$

В нашем случае лазерный переход происходит с уровня $E_2$ на уровень $E_1$, следовательно, энергия испускаемого фотона равна:

$E_{фотона} = E_2 - E_1$

Энергия фотона связана с частотой излучения $\nu$ через формулу Планка:

$E_{фотона} = h\nu$

где $h$ — постоянная Планка.

Приравнивая выражения для энергии фотона, получаем:

$h\nu = E_2 - E_1$

Отсюда находим частоту излучения лазера:

$\nu = \frac{E_2 - E_1}{h}$

Данная формула соответствует варианту ответа под номером 3.

Ответ: 3