ورقة تدريب الدرس: مكوِّنات الليزر وآلية عمله الفيزياء

في ورقة التدريب هذه، سوف نتدرَّب على وصْف وظائف المكوِّنات المختلفة لليزر.

س١:

أيُّ عبارة من العبارات الآتية تَصِف على نحو صحيح خاصية الوسط الفعال لليزر ذات الصلة بقدرته على إنتاج أشعة الليزر؟

  • أيحتوي الوسط الفعال على ذرات ذات نوى غير مُستقرة.
  • بيحتوي الوسط الفعال لليزر على ذرات تميل فيها الإلكترونات إلى الانتقال إلى الحالة المُستقرة بمعدَّل أكبر من الذى تميل به الإلكترونات إلى الانتقال إلى الحالة المُثارة.
  • جيحتوي الوسط الفعال على ذرات متأيِّنة بالكامل.
  • ديحتوي الوسط الفعال لليزر على ذرات تميل فيها الإلكترونات إلى الانتقال إلى الحالة المُثارة بنفس المعدَّل الذي تميل به الإلكترونات إلى الانتقال إلى الحالة المُستقرة.
  • هيحتوي الوسط الفعال لليزر على ذرات تميل الإلكترونات فيها إلى الانتقال إلى الحالة المُثارة بمعدَّل أكبر من الذى تميل به الإلكترونات إلى الانتقال إلى الحالة المُستقرة.

س٢:

توضِّح المخطَّطات الآتية ثلاث مراحل متتالية لإنتاج الفوتون في الليزر.

في أيِّ مخطَّط يجري إمداد الطاقة إلى الوَسَط الفعَّال لليزر؟

  • أII
  • بIII
  • جI

تحتوي الطاقة التي جرى إمدادها إلى الوَسَط الفعَّال لليزر على فوتونات ذات أطوال موجية مختلفة. أيٌّ من الكسور الآتية للفوتونات الموضَّحة في المخطَّط يَنتُج عنه الانبعاث المُستحَث في الليزر؟

  • أ33
  • ب23
  • ج13

ما عدد الفوتونات الناتجة عن عملية إنتاج الليزر في المخطَّطات؟

س٣:

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

  • أ
  • ب
  • ج
  • د

س٤:

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.

س٥:

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

  • أ
  • ب
  • ج
  • د

س٦:

يوضِّح الشكل فوتونات تتفاعل مع ذرات مُثارَة في الوسط الفعَّال لليزر. الفوتونات المُنبعِثة في الشكل B ساقطة على ذرتين مُثارَتين أخريين، كما هو مُوضَّح في الشكل C. كم فوتونًا سوف يمر عبر المنطقة المُحدَّدة بخط مُتقطِّع المُوضَّحة في الشكل؟ اعتبر أن جميع الذرات تبقى في حالات مُثارَة حتى انبعاث فوتون.

س٧:

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

س٨:

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.

س٩:

يوضِّح الشكل الكثافات النسبية لملء الإلكترونات للحالة المستقرة والحالة المُثارة والحالة شبه المستقرة في ذرات الوسط الفعال لليزر المزوَّد 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

س١٠:

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

الممارسة مفتاحك للتفوق.

حمِّل تطبيق Nagwa Practice وحل ٣١ سؤالًا إضافيًّا على هذا الدرس!

امسح الكود!

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