Bir lazer sisteminde, ve enerji seviyeleri arasındaki geçişlerde uyarılmış emisyonun kendiliğinden emisyona baskın gelebilmesi için gerekli olan 'tersinme' (population inversion) durumu termodinamik denge koşullarında imkansızdır. sıcaklığındaki bir sistemde ve popülasyonları arasındaki oran ile verilir. Bir yakut lazerinde (üç seviyeli sistem), optik pompalama ile temel halden () en üst seviyeye () elektronlar uyarılmakta ve buradan hızlı bir radyasyonsuz geçişle metastabil seviyeye () inmektedirler. Bu sistemde lazer ışıması için gereken popülasyon tersinmesi () gerçekleştiğinde, sistemin 'negatif sıcaklık' () kavramı ile modellenmesi üzerine yapılan bir analizde hangisi söylenebilir?
Şıklar
Negatif sıcaklık durumu, sistemin mutlak sıfırdan daha soğuk olduğunu ve entro\pinin maksimuma ulaştığını gösterir.
Negatif mutlak sıcaklık, sistemin sonsuz sıcaklıktan daha fazla enerjiye sahip olduğu ve yüksek enerji seviyelerinin düşük enerji seviyelerinden daha dolu olduğu bir durumu ifade eder.
Uyarılmış emisyon katsayısı (), kendiliğinden emisyon katsayısından () her zaman büyük olduğu için negatif sıcaklık sadece bir matematiksel yanılsamadır.
Negatif sıcaklıkta Boltzmann dağılımı geçerliliğini yitirir ve sistem her zaman kararlı bir termodinamik dengeye ulaşır.
Tersinme sağlandığında fotonların uyarılmış emisyonu, soğurma hızından düşük kalarak optik kazancı engeller.
Çözüm Açıklaması
Termodinamik tanım gereği, enerji artarken entro\pinin azaldığı durumlar negatif sıcaklık olarak tanımlanır. Bu, lazerlerde popülasyon tersinmesi () durumuna karşılık gelir. Negatif sıcaklığa sahip bir sistem 'mutlak sıfırın altında' değil, aslında 'sonsuz sıcaklığın ötesinde' bir enerji yoğunluğuna sahiptir. Bu durum, sistemin uyarılmış hallerinin temel halden daha yoğun olduğunu matematiksel olarak ifade etmenin bir yoludur.
Video Çözüm
AI ile video çözüm oluştur
İnteraktif Çözüm
Adım adım, sesli ve animasyonlu çözüm. Quiz ile kendini test et!