نسخة الفيديو النصية
يحتوي الوسط الفعال لليزر على ذرات بها مستويات طاقة مناظرة للحالة الأرضية، والحالة شبه المستقرة، والحالة المثارة للإلكترونات. عندما يكون الوسط في حالة اتزان، مع عدم إمداده بالطاقة من أي مصدر خارجي، فأي حالة من تلك الحالات لها أعلى كثافة نسبية لملء الإلكترونات؟
سنتناول هنا ما يسمى بالوسط الفعال لليزر. نعلم أن هذا الوسط يحتوي على ثلاثة مستويات منفصلة للطاقة، وهي: الحالة الأرضية، والحالة شبه المستقرة، والحالة المثارة للإلكترونات. وستظهر مستويات الطاقة بهذا الترتيب: الحالة الأرضية وتكون في أدنى الترتيب بأقل مستوى من الطاقة، وتليها الحالة شبه المستقرة أعلاها، ثم الحالة المثارة للإلكترونات أعلاهما. وبالطبع، الحالة الأرضية هي الحالة ذات المستوى الأقل من الطاقة دائمًا. وتحتوي الذرة الموجودة في الوسط الفعال على حالة مثارة أعلى الحالة شبه المستقرة لجعل ما يسمى الإسكان المعكوس ممكنًا. يحدث هذا عندما يكون عدد الإلكترونات في حالة ما غير الحالة الأرضية أكثر من عدد الإلكترونات في الحالة الأرضية.
كنقطة بداية أو كوضع أساسي، يمكننا تصور أي إلكترونات في هذه الذرة على أنها في الحالة الأرضية. وهذه هي أقل حالة طاقة للنظام بشكل عام، ومن ثم فهي الحالة التي يئول إليها بشكل طبيعي. وإذا أردنا استخدام الوسط الفعال لإنتاج ضوء ليزر، فسنرسل فوتونات ذات تردد معين، بحيث تثير -عند الامتصاص- إلكترونات من الحالة الأرضية إلى الحالة المثارة. تنحدر هذه الإلكترونات المثارة سريعًا إلى حد ما إلى الحالة شبه المستقرة؛ حيث تظل هذه الإلكترونات بعض الوقت، وتسمح عادة بحدوث إسكان معكوس.
لكن في هذا النظام، نعلم أنه لا يوجد أي إمداد للطاقة من مصدر خارجي. ونظرًا لعدم وجود مصدر طاقة خارجي، فلا يوجد أي سبب يجعل أيًّا من هذه الإلكترونات ذات الحالة الأرضية يترك هذه الحالة. إذن، يمكننا أن نتوقع أنه دون إمداد طاقة من مصدر خارجي، فإن الكثافة النسبية للإلكترونات في الحالة الأرضية ستكون أكبر من الكثافة النسبية للإلكترونات في أي حالة أخرى في الذرة. وعليه، نلاحظ أنه لكي يعمل الليزر، يجب إمداد بعض الطاقة من مصدر خارجي.
