Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

29.4: Застосування атомної фізики

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    74901

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Ми бачили, що за певних обставин частинки поводяться як хвилі. Ця ідея використовується в електронному мікроскопі, який є типом, який використовує електрони для створення зображення цілі. Він має набагато більшу збільшувальну або роздільну здатність, ніж звичайний світловий мікроскоп. Він може досягти кращої роздільної здатності 50 вечора та збільшення приблизно до 10 000 000 разів, тоді як звичайні неконфокальні світлові мікроскопи обмежені дифракцією до роздільної здатності приблизно 200 нм та корисним збільшенням нижче 2000 разів.

    зображення

    Зображення електронного мікроскопа: Зображення мурахи в скануючому електронному мікроскопі.

    Давайте спочатку розглянемо, як працює звичайний оптичний мікроскоп. Промінь світла світиться через тонку ціль, а зображення потім збільшують і фокусують за допомогою об'єктивних і очних лінз. Кількість світла, яке проходить через ціль, залежить від її щільності, оскільки менш щільні області пропускають більше світла, ніж більш щільні області. Це означає, що промінь світла, який частково передається через ціль, несе інформацію про внутрішню структуру цілі.

    зображення

    Оптичні та електронні мікроскопи: Діаграма основних компонентів оптичного мікроскопа та електронного мікроскопа.

    Оригінальна форма електронної мікроскопії, просвічувальна електронна мікроскопія, працює аналогічним чином з використанням електронів. В електронному мікроскопі електрони, які випромінюються катодом, утворюються в промінь за допомогою магнітних лінз (зазвичай електромагнітів). Цей електронний промінь потім пропускається через дуже тонку мішень. Знову ж таки, області в цілі з більшою щільністю зупиняють електрони легше. Отже, кількість електронів, які проходять через різні області цілі, залежить від їх щільності. Це означає, що частково переданий пучок електронів несе в собі інформацію про щільності внутрішньої структури цілі.

    Просторові зміни цієї інформації («зображення») потім збільшуються серією магнітних лінз, і це записується шляхом натискання на флуоресцентний екран, фотографічну пластину або світлочутливий датчик, такий як камера CCD (пристрій із зарядним зв'язком). Зображення, виявлене ПЗС, може відображатися в режимі реального часу на моніторі або комп'ютері.

    Електронні мікроскопи дуже корисні, оскільки вони здатні збільшувати об'єкти до набагато більшої роздільної здатності. Це тому, що їх довжини хвиль де Броля набагато менші, ніж у видимого світла. Сподіваюся, ви пам'ятаєте, що світло дифрагується об'єктами, які розділені на відстань приблизно такого ж розміру, як довжина хвилі світла. Потім ця дифракція запобігає вам можливість фокусувати прохідне світло на зображення.

    Тому розміри, при яких відбувається дифракція для пучка електронів, набагато менше, ніж у видимого світла. Ось чому ви можете збільшувати цілі до набагато вищого порядку збільшення, використовуючи електрони, а не видиме світло.

    Лазери

    Лазер складається з середовища посилення, механізму подачі енергії до нього та чогось для забезпечення оптичного зворотного зв'язку.

    цілі навчання

    • Опишіть основні частини лазера

    Коли лазери були винайдені в 1960 році, вони називалися «рішення шукає проблему. в даний час, лазери повсюдно, знаходячи корисність в тисячах дуже різних додатків в кожній секції сучасного суспільства, включаючи побутову електроніку, інформаційні технології, наука, медицина, промисловість, закон правоохоронні органи, розваги та військові.

    Розглянувши процес стимульованого випромінювання та оптичного посилення в розділі «Лазери, застосування квантової механіки», цей атом дивиться на те, як будуються лазери.

    Лазер складається з середовища посилення, механізму подачі енергії до нього та чогось для забезпечення оптичного зворотного зв'язку (зазвичай оптичної порожнини). Коли середовище посилення поміщається в оптичну порожнину, лазер може потім виробляти когерентний промінь фотонів.

    Середовище посилення - це місце, де відбувається процес оптичного посилення. Він збуджується зовнішнім джерелом енергії в збуджений стан (званий «інверсія населення»), готовий до запуску, коли фотон з потрібною частотою потрапляє в середовище. У більшості лазерів це середовище складається з популяції атомів, які були збуджені зовнішнім джерелом світла або електричним полем, яке постачає енергію для поглинання атомів з метою перетворення в збуджені стани. Існує багато типів лазерів в залежності від середовища посилення і режиму роботи. Газ та напівпровідники зазвичай використовуються носіями посилення.

    зображення

    Довжини хвиль комерційно доступних лазерів: Типи лазерів з різними лазерними лініями показані над смугою довжин хвиль, тоді як нижче показані лазери, які можуть випромінювати в діапазоні довжин хвиль. Висота ліній та смуг дає вказівку на максимальну потужність/енергію імпульсу, наявну у продажу, тоді як колір кодифікує тип лазерного матеріалу.

    Найпоширеніший тип лазера використовує зворотний зв'язок від оптичної порожнини - пари дзеркал з високим відбитком на обох кінцях середовища посилення. Один фотон може відскакувати вперед і назад між дзеркалами багато разів, проходячи через середовище посилення і кожен раз посилюючись. Зазвичай одне з двох дзеркал, вихідний з'єднувач, частково прозоре. Частина світла виривається через це дзеркало, виробляючи лазерний промінь, який видно неозброєним оком.

    Ключові моменти

    • Електронні мікроскопи дуже корисні, оскільки вони здатні збільшувати об'єкти до набагато більшої роздільної здатності, ніж оптичні.
    • Більш висока роздільна здатність може бути досягнута за допомогою електронних мікроскопів, оскільки довжини хвиль де Броля для електронів набагато менші, ніж у видимого світла.
    • В електронних мікроскопах електромагніти можуть використовуватися як магнітні лінзи для маніпулювання електронними пучками.
    • Середовище посилення - це місце, де відбувається процес оптичного посилення. Газ та напівпровідники зазвичай використовуються носіями посилення.
    • Найпоширеніший тип лазера використовує зворотний зв'язок від оптичної порожнини - пари дзеркал з високим відбитком на обох кінцях середовища посилення. Один фотон може відскакувати вперед і назад між дзеркалами багато разів, проходячи через середовище посилення і кожен раз посилюючись.
    • Лазери всюдисущі, знаходячи корисність у тисячах найрізноманітніших застосувань у кожній секції сучасного суспільства.

    Ключові умови

    • ПЗС: Пристрій із зарядним зв'язком (ПЗС) - це пристрій для переміщення електричного заряду, як правило, зсередини пристрою в область, де зарядом можна маніпулювати, наприклад перетворення в цифрове значення. ПЗС є основною технологією, необхідною для цифрового зображення.
    • Довжина хвилі de Broglie: Довжина хвилі речовини обернено пропорційна імпульсу частинки і називається довжиною хвилі де Броля.
    • стимульоване випромінювання: Процес, за допомогою якого атомний електрон (або збуджений молекулярний стан), що взаємодіє з електромагнітною хвилею певної частоти, може опуститися до нижчого енергетичного рівня, передаючи свою енергію цьому полю.

    ЛІЦЕНЗІЇ ТА АВТОРСТВА

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ КОНТЕНТ, РАНІШЕ ДІЛИВСЯ

    CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ ВМІСТ, СПЕЦИФІЧНА АТРИБУЦІЯ