ملف تدريبي: مكوِّنات الليزر وطريقة عمله

في هذا الملف التدريبي، سوف نتدرَّب على وصْف وظائف المكوِّنات المختلفة لليزر.

س١:

أيٌّ من الأشكال الآتية يمثِّل بشكل صحيح بنية مستويات طاقة الإلكترون في ذرات الوسط الفعال لليزر؟

  • أ
  • ب
  • ج
  • د

س٢:

أيٌّ من الآتي يصف جودة الوسط الفعال لليزر من حيث صلته بقدرته على إنتاج الليزر؟

  • أيحتوي الوسط الفعال على ذرات ذات أنوية غير مستقرة.
  • بيحتوي الوسط الفعال لليزر على ذرات تميل فيها الإلكترونات إلى الانتقال إلى الحالة المستقرة بمعدَّل أكبر من الذى تميل به الإلكترونات إلى الانتقال إلى الحالة المثارة.
  • جيحتوي الوسط الفعال على ذرات متأينة بالكامل.
  • ديحتوي الوسط الفعال لليزر على ذرات تميل فيها الإلكترونات إلى الانتقال إلى الحالة المثارة بنفس المعدَّل الذي تميل به الإلكترونات إلى الانتقال إلى الحالة المستقرة.
  • هيحتوي الوسط الفعال لليزر على ذرات تميل الإلكترونات فيها إلى الانتقال إلى الحالة المثارة بمعدَّل أكبر من الذى تميل به الإلكترونات إلى الانتقال إلى الحالة المستقرة.

س٣:

أيٌّ من الآتي يَصِف بطريقة صحيحة الحالة شبه المستقرة لطاقة إلكترون في ذرة ما؟

  • أحالة الإلكترون شبه المستقرة هي حالة إلكترون في مستوى طاقة أعلى من طاقة الحالة الأرضية لذلك الإلكترون؛ حيث يمكن للإلكترون أن ينتقل إليها فقط عن طريق امتصاص وبعث الفوتونات بالتزامن.
  • بحالة الإلكترون شبه المستقرة هي حالة للإكترون لا يكون فيها متأيِّنًا بالكامل، لكنه يتحرَّك مثل الإلكترون الحر أكثر من حركته مثل الإلكترون المقيد.
  • جحالة الإلكترون شبه المستقرة هي حالة إلكترون في مستوى طاقة أعلى من طاقة الحالة الأرضية لذلك الإلكترون؛ حيث يميل الإلكترون أن يظلَّ فترة أقصر بشكل ملحوظ من فترة العُمر الاعتيادية لإكترون في حالة إثارة.
  • دحالة الإلكترون شبه المستقرة هي حالة إلكترون في مستوى طاقة أعلى من طاقة الحالة الأرضية لذلك الإلكترون؛ حيث يميل الإلكترون أن يظلَّ فترة أطول بشكل ملحوظ من فترة العُمر الاعتيادية لإكترون في حالة إثارة.
  • هحالة الإلكترون شبه المستقرة هي حالة إلكترون في مستوى طاقة أعلى من طاقة الحالة الأرضية لذلك الإلكترون؛ حيث يُرجَّح أن يمتص الإلكترون الفوتونات على كونه في حالة أخرى مثارة.

س٤:

يوضح الشكل فوتونات تتفاعل مع ذرات مُثارة في الوسط الفعال لليزر. كم فوتونًا سوف يمر عبر المنطقة المحددة بخط متقطع الموضحة في الشكل؟ اعتبر أن جميع الذرات تبقى في حالات مُثارة حتى انبعاث فوتون.

س٥:

أيٌّ من الأشكال الآتية يوضِّح بطريقة صحيحة كيف يتصل الوسط الفعال والتجويف الرنيني لليزر؟

  • أ
  • ب
  • ج
  • د

س٦:

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 أى مصدر خارجي، فأيُّ حالة من تلك الحالات لها أعلى كثافة نسبية لملء الإلكترونات؟

  • أالحالة المثارة
  • بالحالة شبه المستقرة
  • جالحالة الأرضية

س٧:

أحد الأوجه العاكسة للتجويف الرنيني لليزر يجب ألَّا يكون عاكسًا بالكامل حتى يكون الليزر فعالًا. أيٌّ ممَّا يلي يُفسر سبب ذلك؟

  • أإذا كانت جميع أوجه التجويف الرنيني عاكسة بالتساوي، فإن الموجات الضوئية التي تتحرَّك في اتجاهات معاكسة خلال التجويف ستتداخل تداخلًا هدَّامًا.
  • بلا يمكن أن تنبعث طاقة من التجويف الرنيني إذا كانت جميع أوجهه عاكسة بالكامل.
  • جلا يمكن تزويد التجويف الرنيني بطاقة خارجية إذا كانت جميع أوجهه عاكسة بالكامل.
  • دلا يمكن أن ينبعث ضوء مترابط من التجويف الرنيني إذا كانت جميع أوجهه عاكسة بالكامل.
  • هجميع الأسباب المُعطاة صحيحة.

س٨:

يوضِّح الشكل الكثافات النسبية لملء الإلكترونات للحالة المستقرة والحالة المُثارة والحالة شبه المستقرة في ذرات الوسط الفعال لليزر المزوَّدة بطاقة خارجية لتحقيق الإسكان المعكوس. تمرُّ الفترة الزمنية القصيرة Δ𝑡، وهي تناظر أقصر فترة زمنية يمكن أن تتغيَّر خلالها طاقة الإلكترونات. أيٌّ من الأشكال الآتية يمثِّل حالات الطاقة للإلكترونات بعد هذه الفترة الزمنية؟ لا يُزوَّد الوسط الفعال بطاقة خارجية خلال هذه الفترة الزمنية.

  • أ
  • ب
  • ج
  • د
  • ه

س٩:

يوضح الشكل مستويات الطاقة في ذرات الوسط الفعال لليزر. يوضح الشكل أيضًا ثلاثة فوتونات ذات طاقات مختلفة يمكن أن تمتصها إلكترونات ذرات الوسط الفعال.

عند انتقال الإلكترونات من الحالة المُثارة إلى الحالة شبه المستقرة، هل الفوتونات التي تبعثها قادرة على إثارة الإلكترونات من الحالة الأرضية إلى مستويات طاقة أعلى؟

  • ألا
  • بنعم

معظم الطاقة الإشعاعية المنبعثة بواسطة الليزر ستكون على شكل فوتونات ذات طاقة معينة. ما هذه الطاقة؟

  • أ𝐸p
  • ب𝐸p
  • ج𝐸p

س١٠:

يُمثِّل الشكلان الذرات في وسطين. الوسط (أ) فيه حالة أرضية وحالة مُثارة، والوسط (ب) فيه حالة أرضية وحالة مُثارة وحالة شبه مستقرة. يُزوَّد الوسطان بفوتونات تُثِير الذرات من الحالة الأرضية في الوسط إلى الحالة المُثارة. تنبعث فوتونات من الوسطين عند انتقال ذراتهما إلى مستوى طاقة أقل.

مُتوسِّط الفترة الزمنية اللازمة للذرات لتكون مُثارة من الحالة الأرضية إلى مستوى طاقة أعلى هو Δ𝑡. مُتوسِّط الفترة الزمنية اللازمة للذرات لتستقر إلى الحالة الأرضية من مستوى طاقة أعلى هو Δ𝑡. في أيِّ وسط يكون Δ𝑡<Δ𝑡؟

  • أالوسط (أ)
  • بالوسط (ب)
  • جكِلا الوسطين

عند تزويد الوسطين بالطاقة، في أيٍّ مِنْهما يكون عدد الذرات عند المستويات الأعلى طاقة أكبر من عدد الذرات في الحالة الأرضية؟

  • أالوسط (ب)
  • بالوسط (أ)
  • جكِلا الوسطين

تحت أيِّ الظروف الآتية يخضع وسط لإسكان معكوس؟

  • أعند وجود ذرات عند المستويات الأعلى طاقة أكبر من عدد الذرات في الحالة الأرضية
  • بعند تأيُّن جميع الذرات الموجودة في الوسط
  • جعند عدم وجود أيِّ ذرات في الوسط في الحالة شبه المستقرة
  • دعندما تكون الطاقة في الحالة المُثارة مساوية للطاقة في الحالة شبه المستقرة
  • هعند وجود ذرات في مستويات طاقة أعلى من الحالة الأرضية أقل من الذرات الموجودة في الحالة الأرضية

عند خضوع وسط إلى إسكان معكوس، في أيِّ حالة تكون معظم الذرات التي تكون في مستويات طاقة أعلى من الحالة الأرضية؟

  • أالحالة شبه المستقرة
  • بالحالة المُثارة
  • جيوجد تقريبًا نفس عدد الذرات في الحالة المُثارة والحالة شبه المستقرة.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.