2019 A/L Physics Past Paper · Question 10 (Tamil Medium)

மூன்று மட்ட லேசர்த் தொகுதி

உருவிற் காட்டப்பட்டுள்ளவாறு $E_1, E_2, E_3\ (E_1 < E_2 < E_3)$ என்னும் சக்திகளை உடைய ஒரு மூன்று மட்ட லேசர்த் (LASER) தொகுதி பற்றிய பின்வரும் கூற்றுகளைக் கருதுக.

(A) சக்தி மட்டங்கள் 2 இற்கும் 1 இற்குமிடையே லேசர்ச் செயற்பாடு நடைபெறுகின்றது.

(B) பம்பிக்கும் கதிர்ப்பின் (pumping radiation) மீடிறன் $\dfrac{E_3 - E_2}{h}$ ஆகும்.

மேற்குறித்த கூற்றுகளில் சரியானது யாது? / சரியானவை யாவை?

(1) A மாத்திரம்
(2) B மாத்திரம்
(3) C மாத்திரம்
(4) A, C ஆகியன மாத்திரம்
(5) B, C ஆகியன மாத்திரம்

Answer and explanation

Answer: (1) A மாத்திரம்

வினா என்ன கேட்கிறது

கண்டுபிடிக்க வேண்டியது:

லேசர் பற்றிய மூன்று கூற்றுகளில் எவை சரியானவை.

A: லேசர்ச் செயற்பாடு மட்டங்கள் 2 இற்கும் 1 இற்குமிடையே.

B: பம்பிக்கும் கதிர்ப்பின் மீடிறன் $\dfrac{E_3 - E_2}{h}$ .

C: மட்டம் 3 சிற்றுறுதி மட்டம்.

தொடர்புடைய கோட்பாடு

உரு 8.8 மூன்று மட்டத்தொகுதி ஒன்றில் பம்பிக்கும் கதிர்வீசல் மீடிறன் சக்தி $E_1$ இலிருந்து மட்டம் 3ற்கு இலத்திரன்களை உயர்த்துவதால், அதிலிருந்து அவை தன்னிச்சையான காலலினால் 2ம் மட்டத்திற்குப் பாய்கின்றன.

லேசர் தாக்கமானது இவ்வாறு 2ம், 1ம் மட்டங்களிடையே ஏற்படுகின்றது.

மட்டம் 1 தரைநிலை, மட்டம் 3 பம்பிக்கும் மட்டம், மட்டம் 2 சிற்றுறுதி நிலை - Meta-stable state

இங்கு $h$ பிளாங்கின் மாறிலி, $f$ உறிஞ்சப்பட்ட போட்டோனின் மீடிறன்.

இரு மட்டங்களுக்கிடையே உறிஞ்சப்படும் அல்லது வெளிவிடப்படும் ஒரு போட்டோனின் சக்தி:

$\Delta E = hf$

மூன்று மட்ட லேசரில்:

பம்புதல்: $1 \to 3$ .

விரைவான வீழ்ச்சி: $3 \to 2$ .

மட்டம் 2 இல் நீண்ட தங்கல்.

லேசர் ஒளி: $2 \to 1$ .

தெரிவுகளை ஆராய்தல்

தெரிவுகள் சரியான கூற்றுகளைத் தருகின்றன.

முதலில் A, B, C ஐ மதிப்பிடுங்கள். பின்னர் பொருந்தும் தெரிவைத் தெரிவு செய்யுங்கள்.

காரணம் / கணக்கீடு

லேசர்ச் செயற்பாடு 2 இற்கும் 1 இற்குமிடையே

இலத்திரன்கள் தூண்டிய காலலினால் மட்டம் 2 இலிருந்து மட்டம் 1 இற்கு விழுகின்றன. போட்டோன்களின் ஓட்டம் வெளிவருகிறது.

ஆகவே லேசர்ச் செயற்பாடு மட்டங்கள் 2 இற்கும் 1 இற்குமிடையே.

லேசர் மீடிறன் $\dfrac{E_2 - E_1}{h}$ .

ஆகவே A சரி.

பம்பிக்கும் மீடிறன் $\dfrac{E_3 - E_2}{h}$

பம்பிக்கும் போட்டோன் இலத்திரன்களை $E_1$ இலிருந்து மட்டம் 3 இற்கு உயர்த்துகிறது.

ஆகவே அதன் சக்தி $E_3 - E_1$ . அதன் மீடிறன் $\dfrac{E_3 - E_1}{h}$ .

$\dfrac{E_3 - E_2}{h}$ என்பது $3 \to 2$ வீழ்ச்சிக்கு உரியது.

ஆகவே B பிழை.

மட்டம் 3 சிற்றுறுதி மட்டம்

மட்டம் 3 பம்பிக்கும் மட்டம்.

இலத்திரன்கள் அங்கே தங்குவதில்லை. அவை உடனே மட்டம் 2 இற்கு விழுகின்றன.

சிற்றுறுதி மட்டம் மட்டம் 2.

ஆகவே C பிழை.

B யும் C யும் ஒரே குழப்பத்தால் வருகின்றன.

பம்பிக்கும் மட்டமும் (3) சிற்றுறுதி மட்டமும் (2) இடம் மாறியுள்ளன.

பம்புதல் எப்போதும் தரைநிலையிலிருந்து தொடங்கும்.

நேர்மாறு நெரிசல் சிற்றுறுதி மட்டத்திற்கும் தரைநிலைக்குமிடையே உருவாகிறது.

ஏனைய தெரிவுகள் ஏன் தவறு

B சரி எனக் கருதி A ஐ விடுகிறது.

C பிழை. A விடுபட்டுள்ளது.

C பிழை.

B யும் C யும் பிழை. A விடுபட்டுள்ளது.

முடிவு

$f_{laser} = \frac{E_2 - E_1}{h},\quad f_{pump} = \frac{E_3 - E_1}{h}$

லேசர்ச் செயற்பாடு $2 \to 1$ . ஆகவே A சரி.

பம்பிக்கும் மீடிறன் $\dfrac{E_3 - E_1}{h}$ . ஆகவே B பிழை.

சிற்றுறுதி மட்டம் மட்டம் 2. ஆகவே C பிழை.

ஆகவே விடை தெரிவு (1).

மூன்று மட்ட லேசரை நினைவில் வையுங்கள்:

பம்புதல் $1 \to 3$ .

வீழ்ச்சி $3 \to 2$ .

மட்டம் 2 இல் தங்கல்.

லேசர் ஒளி $2 \to 1$ .

பம்பிக்கும் மீடிறனும் லேசர் மீடிறனும் எப்போதும் வேறுவேறானவை.

பரீட்சைக் குறிப்பு

සිංහල · English