На рисунке изображены 3 «работающих» энергетических уровня квантового оптического генератора (лазера) и схема переходов между ними. Переход между какими уровнями обуславливает возникновение когерентного лазерного излучения? Почему?​

Добрый день! Я рад выступить в роли вашего школьного учителя и объяснить вам, как работает квантовый оптический генератор, или лазер, и какие уровни энергии связаны с возникновением когерентного лазерного излучения.

Перед тем, как ответить на ваш вопрос, давайте разберемся, что такое энергетические уровни. Вы, наверное, знаете, что атомы и молекулы состоят из электронов, которые обращаются вокруг ядра. У электронов есть определенная энергия, которая определяет их состояние. Именно эти энергетические уровни влияют на то, каким образом электроны могут взаимодействовать с внешними электромагнитными волнами, включая излучение лазера.

Теперь о переходах между уровнями энергии. Когда электроны в атоме или молекуле изначально находятся на одном энергетическом уровне, они могут перейти на другой уровень, поглощая энергию из внешнего источника, или же излучать энергию и вернуться на предыдущий уровень. Эти переходы происходят в результате взаимодействия с электромагнитными волнами определенной частоты.

Теперь перейдем к схеме переходов на рисунке. Здесь изображены три энергетических уровня, обозначенные как E1, E2 и E3. Между этими уровнями происходят переходы, которые представлены стрелками на рисунке.

Теперь давайте определим, между какими уровнями происходит переход, обуславливающий возникновение когерентного лазерного излучения. Для ответа на этот вопрос нужно знать некоторые особенности уровней энергии и переходов между ними.

Когерентное лазерное излучение возникает при переходе электронов между двумя определенными уровнями энергии - E2 и E3. При переходе с уровня E2 на E3, электрон поглощает энергию и переходит в возбужденное состояние. Затем, при возврате на уровень E2, электрон излучает энергию в виде светового излучения с определенной частотой, создавая когерентное лазерное излучение.

Теперь объясним, почему именно переход между E2 и E3 обуславливает возникновение когерентного лазерного излучения. Важно отметить, что энергетический уровень E2 является уровнем с высокой заполненностью электронами, а уровень E3 - уровнем с низкой заполненностью электронами. Такое неравномерное распределение электронов между уровнями создает неравновесие в атомной системе и вызывает эффект усиления излучения при переходе между этими уровнями.

Для поддержания неравномерного распределения электронов между уровнями E2 и E3 необходимо установить условия, которые будут обеспечивать стимулированное излучение электронов. В лазерах для этого используется так называемая обратная заселенность, которая достигается путем накачки активной среды лазера. Это позволяет поддерживать большое число электронов на уровне E2, что в свою очередь способствует возникновению когерентного лазерного излучения.

Итак, чтобы ответить на ваш вопрос: переход между уровнями E2 и E3 обуславливает возникновение когерентного лазерного излучения. Этот переход происходит при взаимодействии электронов со световым полем и является результатом усиления излучения за счет обратной заселенности уровня электронами.

Я надеюсь, что это объяснение помогло вам лучше понять, как работает квантовый оптический генератор и почему именно переход между уровнями E2 и E3 обуславливает возникновение когерентного лазерного излучения. Если у вас есть еще вопросы, пожалуйста, не стесняйтесь задавать их. Я готов помочь вам в понимании любых научных тем!