SKKN Nguyên lý hoạt động của laser

 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
 TRUNG TÂM GDTX TĨNH GIA
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
 ĐỀ TÀI:
 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA LASER
 Người thực hiện: Lê Văn Hoàng
Chức vụ: Giáo viên
 SKKN thuộc lĩnh vực môn: Vật lý
 THANH HÓA NĂM 2016
MỤC LỤC
TT
Nội dung
Trang
1
Phần I: Mở đầu
2
2
Lý do chọn đề tài
2
3
Mục đích nghiên cứu
3
4
Đối tượng nghiên cứu
3
5
Phương pháp nghiên cứu
3
6
Phần II: Nội dung
4
7
1. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu
4
8
2. Cơ sở thực tế của việc dạy và học bộ môn vật lý ở TTGDTX Tĩnh Gia
4
9
2.1. Đặc điểm tình hình nhà trường
4
10
2.2. Thực trạng việc dạy và học bộ môn vật lý tại TTGDTX Tĩnh Gia
4
11
3. Nguyên lý hoạt động của laser
5
12
3.1. Sơ đồ cấu trúc năng lượng của nguyên tử, phân tử
5
13
3.2. Hấp thụ, phát xạ tự nhiên và phát xạ cưỡng bức
9
14
3.3. Hiện tượng khuếch đại 
13
15
3.4. Máy phát lượng tử
15
16
3.5. Kết quả đạt được
20
17
Phần III: Kết luận
21
18
Tài liệu tham khảo
23
PHẦN I. MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài:
	Trong những thập kỷ gần đây việc nghiên cứu và ứng dung LASER đã có những bước phát triển ngoạn mục, đánh dấu bởi vô số những thành tựu kỳ diệu. LASER không những đã tỏa sáng trong nhiều ngành khoa học và công nghệ, mà còn thâm nhập sâu vào rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống, trực tiếp mang lại hạnh phúc cho cộng đồng.
	Với khả năng tạo được chùm ánh sáng có các tính chất đặc biệt – tính kết hợp cao, tính đơn sắc, tính định hướng, mật độ công suất cao, thay đổi được bước sóng – cùng với hiệu ứng quang phi tuyến, LASER đã tạo ra điều kiện để có thể nghiên cứu hàng loạt các hiện tượng khác thường trong tự nhiên.
	Các thành tựu của LASER đã được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, hàng không, xây dựng, đóng tàu, viễn thông và đặc biệt biệt là trong y học.
	Trong chương trình THPT đã giới thiệu sơ lược về LASER, về cấu tạo cũng như một số ứng dụng của LASER trong đời sống, khoa học và công nghệ, với mục đích nhằm giúp học sinh nắm bắt rõ hơn về nguyên lý hoạt động của LASER cũng như các ứng dụng trong đời sống khoa học hiện tại. Vì vậy với mục đích giúp học sinh tiếp thu và hiểu biết thêm về “ LASER” một cách tốt nhất, tôi chọn để tài nghiên cứu của mình về “ Nguyên lý hoạt động của LASER”. Trong để tài này trình bày những nguyên lý cơ bản về LASER và ứng dụng, đặc biệt là có phần giới thiệu về cấu trúc năng lượng của nguyên tử và phân tử, hấp thụ, phát xạ tự nhiên và phát xạ cưỡng bức, cũng như hiện tượng khuếch đại ánh sang laser hay tìm hiểu về máy phát lượng tử, một lĩnh vực hứa hẹn sẽ có những ứng dụng to lớn hơn nữa trong nhiều ngành khoa học – công nghệ cà cuộc sống. Đề tài giúp cho người đọc, nhất là học sinh và người bắt đầu tìm hiểu và nghiên cứu về LASER, có thể nhanh chóng nắm bắt những kiến thức cơ bản, tiếp cận được những kiến thức cơ bản, tiếp cận được những thành tựu hiện đại của lĩnh vực khoa học đầy hấp dẫn này.
	Trên tinh thần đó tôi hy vọng với đề tài “ Nguyên lý hoạt động của LASER” sẽ mang lại cho học sinh và bạn đọc nhiều bổ ích và thú vị.
2. Mục đích nghiên cứu:
 Đề tài nêu và giải quyết một số vấn đề sau :	
2.1 Cơ sở lý luận liên quan đến đề tài :
2.2 Cơ sở thực tế của việc giảng dạy bộ môn vật lí TTGDTX Tĩnh Gia.
2.3 Nghiên cứu về nguyên lý hoạt động của “Laser”.
2.4 Kết quả đạt được.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu :
3.1 Đối tượng nghiên cứu :
 Nguyên lý hoạt động của laser.
3.2 Phạm vi nghiên cứu : 
 Học sinh THPH và TTGDTX.
4. Phương pháp nghiên cứu :
 Trong quá trình nghiên cứu tôi đã sử dụng một số phương pháp sau :
Phương pháp nghiên cứu xây dung cơ sở lý thuyết.
Phương pháp thu thập thông tin.
Phương pháp thống kê, tổng hợp, so sánh.
Phương pháp vật lý.
 PHẦN II. NỘI DUNG
1. Cơ sở lý luận của vấn đề nghiên cứu :
Ngày nay nghiên cứu và ứng dụng Laser là một nhánh không thể thiếu trong các cơ sở khoa học, kỹ thuật và công nghệ tiên tiến trên thế giới. Laser cũng đã thâm nhập vào nhiều lĩnh vực trong cuộc sống, trực tiếp mang lại hạnh phúc và nguồn cảm hứng cho cộng đồng. Các thành tựu ngoạn mục của Laser đang được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, nông nghiệp, quốc phòng, xây dựng, viễn thông, và đặc biệt là trong y học.
Đối với học sinh THPT là giai đoàn bắt đầu tìm hiểu và nghiên cứu về ưng dụng trong kĩ thuất và đời sống, cung như vận dụng sự hiểu biết đối với cuộc sống thực tại, và có thể vận dụng tìm hiểu sâu rộng hơn về kĩ thuật cung như nguyên lý hoạt động về laser trong lĩnh vực học tập và công tác ở các nghành nghề liên quan. 
Đề tài “Nguyên lý hoạt động của laser” nhằm đáp ứng nhu cầu tìm hiểu cơ bản về laser trong kỹ thuật, trong giảng dạy, nghiên cứu và ứng dụng laser, đồng thời cũng giúp các học sinh và các bạn đọc khác trong bước đầu tìm hiểu về laser.
2. Cơ sở thực tế của việc dạy và học bộ môn vật lý ở TTGDTX Tĩnh Gia.
2.1. Đặc điểm tình hình nhà trường :
- Trường TTGDTX Tĩnh Gia có cơ sở vật chất phục vụ cho việc giảng dạy chưa thực sự tốt, thiếu phòng thực hành kiên cố, đồ dùng dạy học hạn chế.
- Đội ngũ giảng dạy môn vật lý ở trường có 2 giáo viên.
- Học sinh trường TTGDTX Tĩnh Gia đa phần là các em ngoan chịu khó trong học tập, các em có đầy đủ sách giáo khoa, sách bài tập.
- Đầu vào của học sinh TTGDTX Tĩnh Gia thiếu sự đồng đều, Phần lớn vừa theo học chương trình THPT vừa học nghề.
2.2. Thực trạng của việc dạy và học bộ môn vật lý tại TTGDTX Tĩnh Gia.
Trong quá trình giảng dạy môn vật lý giáo viên thường sử dụng các tài liệu có sẵn, mà chủ yếu là sách giáo khoa, it có được các tài liệu tham khảo, với mục đích có thể giúp học sinh tìm hiểu sâu rồng hơn về nội dung bài học, sử dụng thiết bị dạy học không đa dạng, thiểu tài liệu tham khảo.
3. Nguyên lý hoạt động của laser:
3.1. Sơ đồ cấu trúc năng lượng của nguyên tử và phân tử
	Môi trường vật chất trong thế giới của chúng ta tồn tại dưới dạng tập hợp của các nguyên tử hoặc các phân tử. Mỗi một nguyên tử lại được cấu tạo bởi hạt nhân và một số điện tử chuyển động xung quanh hạt nhận. Phụ thuộc vào tính chất vật chất khác nhau mà các nguyên tử có số lượng điện tử khác nhau. Các điện tử được chia ra hai loại: điện tử hoá trị và điện tử tự do. Các điện tử hoá trị cho ta biết tính chất của vật chất, còn các điện tử tự do cho ta biết khả năng thu nhận năng lượng tiềm tàng của chúng. 
	Để hiểu được một cách trực quan hơn ta đưa ra một ví dụ vĩ mô sau:
Mức siêu bền bị suy biến thành hai mức
Trạng thái cơ bản của trọng tâm : mức 0
Trạng thái kích thích Siêu bền : mức 1
Trạng thái kích thích trung gian : mức 2, 3
Trạng thái kích thích cao nhất : mức 4
2
1
0
3
DE
A
B
4
	 Giả sử ta có một cái bàn hình chữ nhật với 4 chân (xem hình 1.1).
Hình 1.1. Các mức năng lượng (thế năng) của cái bàn hình chữ nhật
Khi mặt bàn nằm sát đất là khi trọng tâm của bàn thấp nhất, tức là có thế năng thấp nhất. Trong trạng thái này sự ổn định của bàn là lớn nhất. Ta gọi đây là trạng thái cơ bản (0). Trường hợp khi bàn đứng trên bốn chân (1) hoặc đặt nghiêng theo hai mép bàn xuống đất ta có ba trạng thái kích thích, có thế năng cao hơn thế năng khi cái bàn ở trạng thái cơ bản. Ba trạng thái này gọi là ba trạng thái kích thích siêu bền, bởi vì cái bàn sẽ đứng như vậy rất lâu và sẽ quay về trạng thái cơ bản (0) khi có lực tác động vào nó. Khi nghiêng cái bàn đứng trên hai chân theo mép ngắn (2), theo mép dài (3) và theo một chân (4) thì cái bàn sẽ nằm trong các trạng thái kích thích cao và không bền. Từ trạng thái 2 và 3 này cái bàn có xu hướng quay về trạng thái siêu bền 1. Trạng thái kích thích cao nhất là khi cái bàn đứng trên một chân và đường chéo nối từ chân chạm đất đến tâm mép ngắn vuông góc với mặt đất. Từ trạng thái 4 cái bàn cũng có thể quay về trạng thái 2, trạng thái 3 hay trạng thái 1. Các trạng thái siêu bền là các trạng thái đơn (hoặc suy biến bậc hai), còn các trạng thái khích thích không bền là tập hợp các trạng thái trung gian hay ta gọi là một băng các thế năng (hay băng các mức năng lượng). Băng các mức 2 sẽ nhỏ hơn băng các mức 3 và băng các mức 4 là lớn nhất. Thực tế ta thấy rằng nếu cái bàn nằm trong trạng thái 2 thì thời gian tồn tại của nó sẽ lớn hơn trong trạng thái 3 và trạng thái 4 có thời gian tồn tại ngắn nhất. Đây chính là một ví dụ đơn giản về nguyên lý bất định Heisenberg. Thế năng càng cao thì thời gian tồn tại càng ngắn (điện tử có li độ càng lớn so với hạt nhân thì lực hút giữa điện tử và hạt nhân càng lớn, tức là xu thế điện tử quay về gần hạt nhân càng lớn, cuối cùng thời gian tồn tại ở trạng thái có li độ lớn đó càng ngắn). 
	Như vậy các trạng thái kích thích của cái bàn chính là các thế (mức thế năng) có thể tồn tại của nó nếu ta cấp cho nó một năng lượng nào đó. Như ta thấy, với cấu tạo của cái bàn xác định thì các mức thế năng và băng thế năng của nó cũng xác định, kéo theo các trạng thái kích thích cũng khác nhau. Toàn bộ các mức năng lượng của cái bàn cho ta cấu trúc năng lượng của nó. Với những cái bàn khác nhau cho ta cấu trúc năng lượng khác nhau. Các mức năng lượng của cái bàn cho thấy khả năng thu năng lượng để đưa chúng lên các trạng thái kích thích (ta phải dùng sức nâng nó lên) hoặc cho năng lượng khi nó chuyển từ trạng thái kích cao về trạng thái kích thích thấp và cuối cùng về trạng thái cơ. 
	Các điện tử tự do chuyển động xung quanh hạt nhân với các quỹ đạo khác nhau. Tại mỗi quỹ đạo này điện tử có một năng lượng xác định. Năng lượng này cũng đặc trưng cho năng lượng của nguyên tử. Khi các điện tử nằm trong quỹ đạo này, ta nói chúng có trạng thái cơ bản. Trong quá trình chuyển động, vì một lý do nào đó chúng mất cân bằng và có thể dao động xung quanh quỹ đạo đó với các ly độ khác nhau. Ứng với mỗi ly độ là một năng lượng xác định lớn hơn năng lượng ở trạng thái cơ bản. Khi có năng lượng lớn hơn năng lượng cơ bản ta nói điện tử nằm ở trạng thái kích thích. Hình 1.2 là một ví dụ cụ thể về cấu trúc năng lượng của ion nguyên tử khí trơ Hydro. Nguyên tử khí trơ Hydro có thế năng giữa hạt nhân và một điện tử tuân theo định luật Culông. Từ việc giải hệ phương trình Schrodinger ta tìm được các mức riêng biệt với năng lượng xác định sau:
	 (1.1)
trong đó mr là khối lượng rút gọn của nguyên tử, e là điện tích của điện tử, Z là số phroton trong hạt nhân, (Z=1 đối với Hydro), h là hằng số Plăng.
Khác với nguyên tử riêng biệt, cấu trúc của các phân tử, gồm nhiều nguyên tử phức tạp hơn. Để có các phân tử tồn tại, hai hoặc nhiều nguyên tử liên kết với nhau nhờ điện tử tự do của chúng liên kết, bù đắp cho nhau để chúng cùng nhau trở thành các điện tử hoá trị. Do mối liên kết đó mà xung quanh hạt nhân của các nguyên tử riêng biệt tồn tại các đám mây điện tử chung. Đám mây điện tử này sẽ tạo ra một thế năng mới có phân bố không đồng đều theo khoảng cách đến tâm chung của phân tử.
EV ¥
14_ 
12_ 4 
10_ 3
08_ 2
0 q=1
Hình 1.2. Cấu trúc năng lượng của nguyên tử Hydro
Phân bố thế năng này giống như các mức năng lượng của điện tử trong phân tử. Tuy nhiên do phân tử bao gồm nhiều nguyên tử nên giữa các hạt nhân của chúng có mối liên kết ion. Mối liên kết này tuy rất chặt chẽ, song cũng không phải là tuyệt đối nên các hạt nhân có thể dao động xung quanh trục cân bằng của phân tử. Ngoài ra liên kết các hạt nhân này cũng có thể xoay xung quanh trục cân bằng nếu tương tác với từ trường. Như vậy cấu trúc năng lượng của phân tử bao gồm các mức điện tử (thế năng), các mức dao động và các mức quay. 
	Các dao động phân tử sẽ tạo nên một tập hợp các mức năng lượng gần giống như dao động điều hoà trong cơ lượng tử. trong đó w là tần số dao động. Khoảng cách giữa các mức dao động dao động trong khoảng 0,05 đến 0,5 eV, tức là hiệu năng lượng giữa chúng nằm trong vùng hồng ngoại gần và trung.
	 (1.2)
	Sự quay của phân tử hai nguyên tử xung quanh trục của chúng giống như một cánh tay quay với mô men quán tính f. Khi đó năng lượng quay được lượng tử hoá theo các giá trị sau:
 T3
 S2 
 T2
 S1
 T1
 S0
 Hình 1.3. Các mức năng lượng của chất màu.
 (1.3)
	Thông thường khoảng cách giữa các mức quay khoảng từ 0,0001 đến 0,01 eV, tức là hiệu năng lượng giữa chúng nằm trong vùng hồng ngoại xa. Hình 1.3 là ví dụ về cấu trúc năng lượng của các phân tử chất màu. Các phân tử chất màu rất lớn (nhiều nguyên tử) và phức tạp (nhiều liên kết khác nhau) nên cấu trúc năng lượng của chúng cũng phức tạp, bao gồm mức điện tử, mức dao động và mức quay. Các mức năng lượng chia ra làm hai loại: các mức đơn (S) và các mức bội ba (T). Mức đơn là của các điện tử có spin đối song với spin của các điện tử còn lại, mức bội ba là của điện tử có spin song song. Hiệu năng lượng của các mức năng lượng phân tử màu nằm trong vùng quang học.
 	Cũng giống như nguyên tử, cấu trúc năng lượng thay đổi phụ thuộc vào bản chất, thành phần cấu tạo của phân tử đó. 
3.2. Hấp thụ, phát xạ tự nhiên và phát xạ cưỡng bức:
	Bây giờ chúng ta nghiên cứu quá trình thay đổi trạng thái năng lượng của các nguyên tử hay phân tử như thế nào. 
	Trước tiên ta bàn luận về ví dụ cái bàn. Muốn thay đổi trạng thái của cái bàn ta cần cấp cho nó một công (năng lượng), tức là phải dùng lực để nâng lên. Khi cái bàn ở trạng thái kích thích nào đó, ta nói nó đã nhận một công. Trong trường hợp này cái bàn đã hấp thụ năng lượng và chuyển từ trạng thái cơ bản (mặt bàn nằm sát đất) lên trạng thái kích thích (đứng bằng chân). Quá trình này gọi là quá trình hấp thụ năng lượng. Tuy nhiên cái bàn sẽ không đứng trên chân (một hoặc hai chân) của mình được lâu mà tự nó đổ xuống, trở về một trong các thế vững hơn (mức thế năng thấp hơn) và cuối cùng về trạng thái cơ bản. Đây là quá trình tự nhiên. Khi trở về trạng thái thấp hơn cái bàn sẽ gây ra tiếng động làm rung chuyển mặt đất (phát ra năng lượng). Đây chính là quá trình sinh công của cái bàn. Công này được sinh ra là do phần năng lượng mà cái bàn đã mất đi khi trở về thế năng thấp hơn. Quá trình này gọi là quá trình phát năng lượng tự nhiên (có thể gọi là quá trình tự phát). Trong trường hợp quá trình quay trở về trạng thái thấp hơn mà do một tác động bên ngoài cưỡng bức (ta dùng một lực đẩy nào đó) thì cái bàn sẽ gây ra tiếng động mạnh hơn, tức sinh công lớn hơn. Công này được sinh ra do năng lượng bao gồm thế năng chênh lệch giữa hai trạng thái và năng lượng do lực đẩy. Quá trình này gọi là quá trình phát năng lượng cưỡng bức.
	 Từ bức tranh về cái bàn ta sẽ nghiên cứu quá trình hấp thụ, phát xạ tự nhiên và phát xạ cưỡng bức của môi trường các nguyên. Như ta đã nghiên cứu ở trên, khoảng cách năng lượng giữa các mức năng lượng trong nguyên tử và phân tử nằm trong vùng quang học, tức là trùng với năng lượng của một photon ánh sáng nào đó. Do vậy ta tập trung nghiên cứu quá trình hấp thụ và phát xạ của môi trường nguyên, phân tử khi tương tác với trường ánh sáng.
Giả sử ta có một tập hợp các nguyên tử hoặc phân tử với hai mức năng lượng, trong đó một mức gọi là mức cơ bản (mức1) và mức kia (mức 2) gọi là mức kích thích (xem hình 1.4). Mật độ cư trú trên các mức đó được xác định là N1 và N2 (số nguyên tử trên một đơn vị thể tích). Theo định luật phân bố Boltzmann thì:
	 (1.4)
Khi một chùm ánh sáng, bao gồm các photon với năng lượng hn = E2 – E1, có mật độ photon r chiếu vào tập hợp các nguyên tử đó thì các quá trình sẽ xẩy ra:
	1) Quá trình phát xạ tự phát: là quá trình các nguyên tử đang ở mức năng lượng cao tự nhảy xuống mức năng lượng thấp (không do ánh sáng gây nên). Nếu xác xuất phát xạ tự phát của photon trên một đơn vị thời gian (s) được ký hiệu là Pmn hoặc Pnm, còn Pm và Pn là xác xuất tìm nguyên tử ở trạng thái m hoặc n , thì khi đó theo định luật Boltzmann, Pi được xác định như sau: 
 B12 r
 E1
 B21 r
 A21
 hn
 E2
N2
N1
Hình 1.4. Sơ đồ tương tác giữa photon và nguyên tử hai mức năng lượng
trong đó E1 và E2 là năng lượng tương ứng với mức 1 và mức 2. Khi không có sự tác động của trường ánh sáng ngoài thì
	dP21TN/dt = A21	(1.5)
trong đó A21 là hằng số (A21 còn gọi là hệ số Anhxtanh). Hệ số này phụ thuộc vào bản chất của các nguyên tử và chỉ xác định được bằng thực nghiệm. 
	2) Quá trình hấp thụ: là quá trình khi có tác động của trường ánh sáng ngoài, các nguyên tử ở mức cơ bản nhận năng lượng của photon ánh sáng để nhảy lên mức kích thích. Xác xuất hấp thụ trên một đơn vị thời gian được tính như sau:
 	 	dPHT /dt = B12r 	 	 (1.6)
trong đó B12 gọi là hệ số Anh xtanh của chuyển dịch hấp thụ. 
Như vậy xác xuất chuyển dịch hấp thụ của nguyên tử hay phân tử lên mức trên sẽ tỉ lệ thuận với mật độ phô tôn và xác xuất chuyển dịch. Mật độ phô tôn tương tác với môi trường các nguyên tử hay phân tử càng lớn thì khả năng chuyển dịch lên trạng thái trên của chúng càng lớn. 
3) Quá trình phát xạ cưỡng bức: là quá trình khi có tác động của trường ánh sáng ngoài, các nguyên tử nhảy từ mức kích thích xuống mức cơ bản do cưỡng bức bởi phô tôn ánh sáng. Xác suất số nguyên tử nhảy xuống mức cơ bản trên một đơn vị thời gian được xác định như sau:
	dPCB /dt = B21 r	 	 (1.7)
trong đó B21 là hệ số Anh xtanh của chuyển dịch cưỡng bức.
Anh xtanh đã chứng minh rằng, trong trạng thái cân bằng nhiệt động số phô tôn bị hấp thụ và số phô tôn được phát xạ bằng nhau và tìm ra được quan hệ giữa các hệ số như sau:
 	 B21 » B12 = A21/(8phn3/c3)	 (1.8)
Trong vùng quang học, tần số ánh sáng n =1014Hz, ta tính được
 	 A21 = 1,66.10-15 B21
Đối với mỗi một loại nguyên tử có hệ số Anh xtanh của phát xạ tự nhiên xác định, và đo được bằng thực nghiệm. Trong khi đó hệ số Anh xtanh của hấp thụ và bức xạ cưỡng bức không những phụ thuộc vào bản chất của nguyên tử (A21) , còn phụ thuộc tỉ lệ nghịch với tần số của photon tương tác hay chênh lệch năng lượng giữa hai mức (n). Tức là quá trình phát xạ cưỡng bức và hấp thụ sẽ xẩy ra mạnh hơn đối với vùng năng lượng thấp hay nói cách khác, nếu khoảng cách giữa hai mức năng lượng gần nhau thì xác xuất hấp thụ và phát xạ sẽ lớn hơn. So sánh với ví dụ cái bàn ta dễ thấy rằng nâng cái bàn lên các trạng thái 1 sẽ dễ hơn trạng thái 2, 3 hoặc 4 , vì ta chỉ sử dụng một công ít hơn và khả năng xẩy ra lớn hơn.
	Để hiểu rõ hơn về quá trình bức xạ cưỡng bức và ý nghĩa của nó ta nghiên cứu tiếp theo quá trình khuếch đại ánh sáng.
3.3. Hiện tượng khuếch đại.
	Trước khi đi vào nghiên cứu quá trình khuếch đại ánh sáng bằng môi trường nguyên tử, phân tử ở trạng thái kích thích ta khảo sát quá trình bức xạ cưỡng bức và khuếch đại vi mô. Với mong muốn rằng người đọc dễ tưởng tượng về hiện tượng khuếch đại trong môi trường nguyên tử hoặc phân tử chúng tôi đưa ra ví dụ về màn sương. Giả sử ta có một mạng nhện bám đầy sương vào buổi sáng mai trên cành lá (xem hình 1.5)- giống như các nguyên tử đang ở trạng thái kích thích. Các hạt sương trên mạng nhện này có một thế năng nhất định và luôn luôn có xu thế rơi xuống đất. Các hạt sương sẽ vẫn nguyên trên mạng nhện (do có lực bám dính giữa hạt sương và mạng nhện) nếu không có một lực nào tác động vào nó - giống như các nguyên tử nằm ở trạng thái siêu bền với một thời gian sống nhất định. Bây giờ ta cho một hoặc vài giọt sương khác rơi từ cao xuống mạng nhện đầy sương này, thì ta sẽ quan sát thấy rất nhiều hạt sương sẽ rơi theo một cách đồng loạt. Như vậy một hoặc vài giọt sương rơi đã kích thích cưỡng bức cho nhiều hạt sương khác rơi theo. Từ một hạt sương rơi đã cho ta vô số hạt sương rơi theo. Đây là quá trình khuếch đại. Chùm các hạt sương rơi là một chùm kết hợp, vì các hạt rơi cùng pha với nhau (cùng rơi đều).
	Quá trình khuếch đại cũng đã được chúng ta nghiên cứu và áp dụng trong công nghệ điện tử, đó là nguyên lý hoạt động của đèn Catot (xem hình 1.6). 
 Đám mây ĐT
 Da A
 _ L TH ra
 K +
 TH vào S 
Hình 1.6. Nguyên lý hoạt động của đèn Ca tốt
	Nhờ sợi đốt (S), các điện tử được bứt ra khỏi Ca tốt (K). Trên lưới L có điện thế âm nên phần lớn các điện tử bị giam trong khoảng giữa Catốt và lưới. Các điện tử này luôn luôn có xu thế bị hút về phía Anôt. Chỉ một số điện tử có động năng lớn, vượt qua khe lưới đến A nốt và tạo ra dòng A nốt (dòng dò Da). Giả sử bây giờ có một tín hiệu nhỏ (tín hiệu này giống như hạt sương rơi ở ví dụ trên) đưa vào lưới làm thay đổi một lượng nhỏ thế năng của lưới, thì ngay tức thời các điện tử vượt qua lưới đi đến A nốt. Sự tăng hoặc giảm dòng A nốt cho ta