فيديو السؤال: تحديد الانتقالات التي تساهم في إنتاج ضوء مترابط مضخم الفيزياء • الصف الثالث الثانوي

نسخة الفيديو النصية

أي الانتقالات الآتية في ذرة وسط فعال لليزر يساهم في إنتاج ضوء مترابط مضخم؟ أ: الانتقال I والانتقال II، فقط، ب‪:‬‏ جميع الانتقالات الموضحة، ج‪:‬‏ الانتقالات II، و III، و IV فقط.

دعونا نتذكر أنه لكي نحصل على ضوء مترابط مضخم، وهو أساس شعاع الليزر، فإن علينا توليد انبعاثات مستحثة. لنبدأ بتحليل كل انتقال وتحديد إذا ما كان كل انتقال سيساعد في حدوث الانبعاث المستحث.

بالنظر إلى المخطط، يمكننا أن نرى أن الانتقال I يمثل انبعاثًا تلقائيًّا. ويحدث ذلك عندما ينتقل الإلكترون من الحالة المثارة إلى الحالة الأرضية. للنظر إلى انتقالات الطاقة هذه من منظور آخر، لنتناول مخططًا مختلفًا يوضح الطاقات النسبية للإلكترونات في الذرة. حسنًا، يحدث الانبعاث التلقائي بسرعة كبيرة جدًّا إلى درجة تجعل الإلكترون يبقى في حالة الطاقة المثارة لمدة 10 نانو ثوان فقط، وذلك قبل أن ينتقل إلى الحالة الأرضية. وبما أن هذه العملية سريعة جدًّا، فمن المستبعد أن يسقط فوتون بطاقة مناسبة على الإلكترون المثار ويتسبب في حدوث انبعاث مستحث قبل أن ينتقل الإلكترون إلى الحالة الأرضية. ولا يساهم هذا الانتقال في إنتاج ضوء مترابط مضخم.

يحدث الانتقال II عندما نثير الذرة من الحالة الأرضية إلى الحالة المثارة. عندما يكون الإلكترون في حالة مثارة كهذه، يمكن أن يتسبب الفوتون الساقط في حدوث انبعاث مستحث للإلكترون، حيث يطلق الإلكترون فوتونًا ويهبط إلى مستوى طاقة أقل. وسيكون للفوتون المنبعث نفس الطاقة والاتجاه والطور مثل الفوتون الذي أحدث الانبعاث. هذا يعني أن الفوتونين يمكن أن يساهما في إنتاج شعاع من ضوء الليزر. ومن ثم، فإن هذا الانتقال يساهم في إنتاج ضوء مترابط مضخم.

لنلق نظرة على الانتقال III. يحدث هذا الانتقال عندما ينتقل الإلكترون من الحالة المثارة إلى الحالة شبه المستقرة. سيبقى الإلكترون في الحالة شبه المستقرة في تلك الحالة، ربما حتى يتفاعل مع فوتون طاقته ‪𝛥𝐸𝐴‬‏. إذا حدث ذلك، فسيحدث انبعاث مستحث، وهذا يعني أن هذا الانتقال يمكن أن يساهم في إنتاج شعاع ضوء مترابط مضخم.

لنتناول الآن الانتقال IV. يبدأ الإلكترون هنا في الحالة شبه المستقرة، حيث سيبقى على الأرجح في هذه الحالة حتى يتفاعل مع فوتون طاقته ‪𝛥𝐸𝐴‬‏. سيؤدي هذا التفاعل إلى حدوث انبعاث مستحث للإلكترون، مما يؤدي إلى إطلاق فوتون آخر طاقته ‪𝛥𝐸𝐴‬‏، له نفس اتجاه الفوتون الساقط وطوره. ومن ثم، فإن هذا الانتقال يساهم أيضًا في إنتاج شعاع ضوء مترابط مضخم.

وأخيرًا، بالنظر إلى الانتقال V، علينا أن نضع في اعتبارنا أنه مستبعد. عندما يمتص إلكترون في الحالة شبه المستقرة فوتونًا، فإنه يتعرض عادة لانبعاث مستحث بدلًا من أن يصبح مثارًا. في هذه الحالة، إذا أصبح الإلكترون مثارًا، فسيكون بشكل أساسي السبب في وجود الحالة التي رأيناها في الانتقال I، حيث ينتقل إلكترون مثار إلى الحالة الأرضية. هذا يعني أنه، مثلما حدث في الانتقال I، لن يساهم الانتقال V في إنتاج شعاع ضوء مترابط مضخم.

بعد أن تناولنا جميع هذه الانتقالات، لننظر الآن إلى ما وصلنا إليه. تساهم الانتقالات II، و III، و IV في إنتاج ضوء مترابط مضخم، بينما لا يساهم الانتقال I والانتقال V في حدوث ذلك. هذا يعني أن الإجابة عن السؤال «أي الانتقالات الآتية في ذرة وسط فعال لليزر يساهم في إنتاج ضوء مترابط مضخم» هي الانتقالات II، و III، و IV. وعليه، فالخيار ج هو الإجابة الصحيحة.