Laser odnosi się do procesu i instrumentu generowania kolimowanych, monochromatycznych, spójnych wiązek światła poprzez wzmocnienie promieniowania stymulowanego i niezbędne sprzężenie zwrotne. Zasadniczo generowanie lasera wymaga trzech elementów: „rezonatora”, „ośrodka wzmacniającego” i „źródła pompującego”.
A. Zasada
Stan ruchu atomu można podzielić na różne poziomy energii, a gdy atom przechodzi z wysokiego poziomu energii na niski, uwalnia fotony o odpowiedniej energii (tzw. promieniowanie spontaniczne). Podobnie, gdy foton pada na układ poziomów energetycznych i jest przez niego absorbowany, powoduje przejście atomu z niskiego poziomu energetycznego na wysoki (tzw. absorpcja wzbudzona); Następnie część atomów, które przejdą na wyższy poziom energii, przejdzie na niższy poziom energii i wyemituje fotony (tzw. promieniowanie stymulowane). Ruchy te nie występują samodzielnie, ale często równolegle. Kiedy stworzymy warunki, takie jak użycie odpowiedniego ośrodka, rezonatora, wystarczającej ilości zewnętrznego pola elektrycznego, pobudzone promieniowanie zostaje wzmocnione tak, że bardziej niż wymuszona absorpcja, to generalnie zostaną wyemitowane fotony, w wyniku czego powstanie światło laserowe.
B. Klasyfikacja
W zależności od ośrodka wytwarzającego laser, laser można podzielić na laser cieczowy, laser gazowy i laser stały. Obecnie najpopularniejszym laserem półprzewodnikowym jest rodzaj lasera na ciele stałym.
C. Skład
Większość laserów składa się z trzech części: układu wzbudzenia, materiału laserowego i rezonatora optycznego. Układy wzbudzenia to urządzenia wytwarzające energię świetlną, elektryczną lub chemiczną. Obecnie głównymi stosowanymi środkami motywacyjnymi są światło, elektryczność lub reakcja chemiczna. Substancje laserowe to substancje, które mogą wytwarzać światło lasera, takie jak rubiny, szkło berylowe, gaz neonowy, półprzewodniki, barwniki organiczne itp. Rolą kontroli rezonansu optycznego jest zwiększenie jasności wyjściowego lasera, dostosowanie i wybór długości fali i kierunku lasera.
D. Zastosowanie
Laser jest szeroko stosowany, głównie komunikacja światłowodowa, zasięg laserowy, cięcie laserowe, broń laserowa, dysk laserowy i tak dalej.
E. Historia
W 1958 roku amerykańscy naukowcy Xiaoluo i Townes odkryli magiczne zjawisko: kiedy umieścili światło emitowane przez wewnętrzną żarówkę na krysztale pierwiastków ziem rzadkich, cząsteczki kryształu będą emitować jasne, zawsze razem mocne światło. Zgodnie z tym zjawiskiem zaproponowali „zasadę lasera”, to znaczy, gdy substancja zostanie wzbudzona tą samą energią, co naturalna częstotliwość oscylacji jej cząsteczek, wytworzy to silne, nierozbieżne światło – laser. Znaleźli ważne dokumenty na ten temat.
Po opublikowaniu wyników badań Sciolo i Townesa naukowcy z różnych krajów proponowali różne schematy eksperymentów, ale nie zakończyły się one sukcesem. 15 maja 1960 roku Mayman, naukowiec z Hughes Laboratory w Kalifornii, ogłosił, że uzyskał laser o długości fali 0,6943 mikrona, który był pierwszym laserem kiedykolwiek uzyskanym przez człowieka, i w ten sposób Mayman stał się pierwszym naukowcem na świecie wprowadzenie laserów do praktyki.
7 lipca 1960 roku Mayman ogłosił narodziny pierwszego na świecie lasera. Plan Maymana polega na użyciu lampy błyskowej o dużej intensywności do stymulacji atomów chromu w krysztale rubinu, tworząc w ten sposób bardzo skoncentrowaną cienką kolumnę czerwonego światła po wystrzeleniu w pewnym momencie może osiągnąć temperaturę wyższą niż powierzchnia słońca.
Radziecki naukowiec H.Γ Basov wynalazł laser półprzewodnikowy w 1960 roku. Struktura lasera półprzewodnikowego składa się zwykle z warstwy P, warstwy N i warstwy aktywnej, które tworzą podwójne heterozłącze. Jego cechy to: mały rozmiar, wysoka wydajność sprzęgania, szybka reakcja, długość fali i dopasowanie rozmiaru do rozmiaru światłowodu, możliwość bezpośredniej modulacji, dobra spójność.
Sześć, niektóre z głównych kierunków zastosowania lasera
F. Komunikacja laserowa
Wykorzystywanie światła do przekazywania informacji jest dziś bardzo powszechne. Na przykład statki komunikują się za pomocą świateł, a sygnalizacja świetlna używa koloru czerwonego, żółtego i zielonego. Jednak wszystkie te sposoby przekazywania informacji za pomocą zwykłego światła można ograniczyć jedynie do krótkich dystansów. Jeśli chcesz przesyłać informacje bezpośrednio do odległych miejsc za pomocą światła, nie możesz używać zwykłego światła, a jedynie lasery.
Jak więc dostarczyć laser? Wiemy, że prąd można przenosić przewodami miedzianymi, ale światła nie można przenosić zwykłymi drutami metalowymi. W tym celu naukowcy opracowali włókno mogące przepuszczać światło, zwane włóknem optycznym, określanym jako włókno. Światłowód wykonany jest ze specjalnych materiałów szklanych, ma średnicę cieńszą niż ludzki włos, zwykle od 50 do 150 mikronów i jest bardzo miękki.
W rzeczywistości wewnętrzny rdzeń światłowodu ma wysoki współczynnik załamania światła z przezroczystego szkła optycznego, a zewnętrzna powłoka jest wykonana ze szkła lub tworzywa sztucznego o niskim współczynniku załamania światła. Taka konstrukcja z jednej strony może sprawić, że światło załamie się wzdłuż wewnętrznego rdzenia, podobnie jak woda płynąca do przodu w rurze wodociągowej, a prąd przesyłany do przodu w drucie, nawet jeśli tysiące skrętów nie przyniosą efektu. Z drugiej strony powłoka o niskim współczynniku załamania światła może zapobiegać wyciekaniu światła, tak jak rura wodna nie przecieka, a warstwa izolacyjna drutu nie przewodzi prądu.
Pojawienie się światłowodu rozwiązuje problem transmisji światła, ale nie oznacza, że za jego pomocą każde światło może zostać przesłane na bardzo duże odległości. Tylko wysoka jasność, czysty kolor, dobry laser kierunkowy to najbardziej idealne źródło światła do przesyłania informacji, jest wprowadzane z jednego końca światłowodu, prawie bez strat i wysyłane z drugiego końca. Dlatego komunikacja optyczna to zasadniczo komunikacja laserowa, która ma zalety dużej pojemności, wysokiej jakości, szerokiego źródła materiałów, dużej poufności, trwałości itp. i jest okrzyknięta przez naukowców rewolucją w dziedzinie komunikacji i jest jedną z najwspanialszych osiągnięć rewolucji technologicznej.
Czas publikacji: 29 czerwca 2023 r