Какова длина волны лазерного излучения, если разность энергий между метастабильным и невозбужденным уровнями составляет

Содержание вопроса: Длина волны лазерного излучения и его мощность

Пояснение:
Для вычисления длины волны лазерного излучения нам понадобится использовать соотношение между энергией излучения и длиной волны, известное как формула Планка-Эйнштейна. По данной задаче нам также дана разность энергий между метастабильным и невозбужденным уровнями, которая составляет 2,1 эВ.

Формула Планка-Эйнштейна:
E = h * c / λ

Где:
E - энергия излучения (в электрон-вольтах)
h - постоянная Планка (6.62607015 × 10^-34 Дж * с)
c - скорость света (299,792,458 м/с)
λ - длина волны излучения (в метрах)

Мы можем выразить длину волны (λ) из этой формулы и подставить значения:
λ = h * c / E

Расчет:
Для начала, давайте переведем энергию из электрон-вольтов в джоули:
1 эВ = 1.60217663 × 10^-19 Дж

2,1 эВ * (1.60217663 × 10^-19 Дж / 1 эВ) = 3.36357045 × 10^-19 Дж

Теперь мы можем подставить значения в формулу и решить:
λ = (6.62607015 × 10^-34 Дж * с) * (299,792,458 м/с) / (3.36357045 × 10^-19 Дж)

Рассчитаем длину волны:

λ ≈ 5.897 x 10^-7 м или 589 нм

Теперь перейдем к расчету мощности излучения лазера.

Мощность излучения (P) связана с числом фотонов в секунду (N) следующим образом:

P = E * N

Где:
P - мощность излучения (в ваттах)
E - энергия одного фотона (в джоулях)
N - число фотонов в секунду

Один фотон имеет энергию, равную 2,1 эВ, которую мы уже рассчитали ранее:

E = 2.1 эВ * (1.60217663 × 10^-19 Дж / 1 эВ) ≈ 3.36357045 × 10^-19 Дж

Теперь подставим значения и рассчитаем мощность излучения:

P = (3.36357045 × 10^-19 Дж) * (10^16 фотонов / с)

P ≈ 3.36357045 × 10^-3 Вт или 3.36 мВт

Совет: Чтобы лучше понять эти концепции, рекомендуется изучить основы физики, включая энергию, длину волны, постоянную Планка и основные формулы физики.

Задача для проверки: Каков будет длина волны лазерного излучения, если разность энергий между метастабильным и невозбужденным уровнями составляет 1,8 эВ? А если каждую секунду излучается 5 x 10^15 фотонов?

Предмет вопроса: Лазерное излучение

Разъяснение: Лазерное излучение - это электромагнитное излучение, сформированное в результате стимулированного излучения в активной среде лазера. Длина волны лазерного излучения связана с разностью энергий между уровнями атомов в активной среде.

Для определения длины волны лазерного излучения, необходимо знать разность энергий между метастабильным (возбужденным) и невозбужденным (базовым) уровнями. По формуле:

Энергия фотона = Постоянная Планка * Скорость света / Длина волны

Разность энергий между уровнями составляет 2.1 эВ. Для перевода эВ в Джоули, мы используем конверсионный фактор: 1 эВ = 1.6 * 10^19 Дж. Подставим известные значения в формулу:

2.1 эВ = (1.6 * 10^19 Дж) * (Скорость света / Длина волны)

Теперь мы можем найти скорость света, используя известное значение скорости света в вакууме: 3 * 10^8 м/с. Подставим это значение и перегруппируем формулу:

Длина волны = (1.6 * 10^19 Дж) * (Скорость света) / (2.1 эВ)

Демонстрация: Найдем длину волны лазерного излучения с разностью энергий между уровнями 2.1 эВ.

Совет: Для лучшего понимания этой темы, рекомендуется изучить основы волновой оптики, электромагнитных волн и основы квантовой физики.

Задача на проверку: Если разность энергий между уровнями составляет 1.8 эВ, найдите длину волны лазерного излучения.