Laser odnosi się do procesu i instrumentu generowania skolimowanych, monochromatycznych, spójnych wiązek światła poprzez stymulowane wzmocnienie promieniowania i niezbędne sprzężenie zwrotne. Zasadniczo generowanie laserowe wymaga trzech elementów: „rezonatora”, „ośrodka wzmocnienia” i „źródła pompującego”.
A. Zasada
Stan ruchu atomu można podzielić na różne poziomy energii, a gdy atom przechodzi z wysokiego poziomu energii do niskiego poziomu energii, uwalnia fotony o odpowiadającej mu energii (tzw. promieniowanie spontaniczne). Podobnie, gdy foton pada na układ poziomów energii i jest przez niego absorbowany, spowoduje to przejście atomu z niskiego poziomu energii do wysokiego poziomu energii (tzw. absorpcja wzbudzona); Następnie niektóre atomy, które przechodzą na wyższe poziomy energii, przejdą na niższe poziomy energii i wyemitują fotony (tzw. promieniowanie stymulowane). Ruchy te nie zachodzą w izolacji, ale często równolegle. Gdy stworzymy warunki, takie jak użycie odpowiedniego ośrodka, rezonatora, wystarczającego zewnętrznego pola elektrycznego, stymulowane promieniowanie jest wzmacniane tak, że więcej niż stymulowana absorpcja, to ogólnie rzecz biorąc, będą emitowane fotony, co spowoduje światło laserowe.
B. Klasyfikacja
W zależności od medium, które wytwarza laser, laser można podzielić na laser ciekły, laser gazowy i laser stały. Obecnie najpopularniejszym laserem półprzewodnikowym jest rodzaj lasera stałego.
C. Skład
Większość laserów składa się z trzech części: układu wzbudzającego, materiału laserowego i rezonatora optycznego. Układy wzbudzające to urządzenia, które wytwarzają światło, energię elektryczną lub chemiczną. Obecnie głównymi środkami stymulującymi są światło, elektryczność lub reakcja chemiczna. Substancje laserowe to substancje, które mogą wytwarzać światło laserowe, takie jak rubiny, szkło berylowe, gaz neonowy, półprzewodniki, barwniki organiczne itp. Rolą kontroli rezonansu optycznego jest zwiększenie jasności lasera wyjściowego, dostosowanie i wybór długości fali i kierunku lasera.
D. Zastosowanie
Laser jest szeroko stosowany, głównie w komunikacji światłowodowej, w dalmierzach laserowych, w cięciu laserowym, w broni laserowej, w dyskach laserowych i tak dalej.
E. Historia
W 1958 roku amerykańscy naukowcy Xiaoluo i Townes odkryli magiczne zjawisko: gdy umieścili światło emitowane przez wewnętrzną żarówkę na krysztale ziem rzadkich, cząsteczki kryształu emitują jasne, zawsze razem silne światło. Zgodnie z tym zjawiskiem zaproponowali „zasadę lasera”, czyli gdy substancja jest pobudzana tą samą energią, co naturalna częstotliwość oscylacji jej cząsteczek, wytwarza to silne światło, które się nie rozchodzi – laser. Znaleźli ważne prace na ten temat.
Po opublikowaniu wyników badań Sciolo i Townesa naukowcy z różnych krajów zaproponowali różne schematy eksperymentalne, ale nie odniosły one sukcesu. 15 maja 1960 r. Mayman, naukowiec z Hughes Laboratory w Kalifornii, ogłosił, że uzyskał laser o długości fali 0,6943 mikrona, co było pierwszym laserem kiedykolwiek uzyskanym przez ludzi, a tym samym Mayman został pierwszym naukowcem na świecie, który wprowadził lasery do praktycznego zastosowania.
7 lipca 1960 roku Mayman ogłosił narodziny pierwszego na świecie lasera. Plan Maymana polegał na wykorzystaniu lampy błyskowej o dużej intensywności do stymulacji atomów chromu w krysztale rubinu, co miało wytworzyć bardzo skoncentrowaną, cienką czerwoną kolumnę światła. Po wystrzeleniu w określonym punkcie może ona osiągnąć temperaturę wyższą niż powierzchnia słońca.
Radziecki naukowiec H.Γ Basov wynalazł laser półprzewodnikowy w 1960 r. Struktura lasera półprzewodnikowego składa się zazwyczaj z warstwy P, warstwy N i warstwy aktywnej, które tworzą podwójne heterozłącze. Jego cechy charakterystyczne to: mały rozmiar, wysoka wydajność sprzężenia, szybka prędkość reakcji, długość fali i rozmiar dopasowane do rozmiaru włókna optycznego, możliwość bezpośredniej modulacji, dobra spójność.
Sześć, niektóre z głównych kierunków zastosowań lasera
F. Komunikacja laserowa
Używanie światła do przesyłania informacji jest obecnie bardzo powszechne. Na przykład statki używają świateł do komunikacji, a sygnalizacja świetlna używa czerwonego, żółtego i zielonego. Jednak wszystkie te sposoby przesyłania informacji za pomocą zwykłego światła mogą być ograniczone tylko do krótkich odległości. Jeśli chcesz przesyłać informacje bezpośrednio do odległych miejsc za pomocą światła, nie możesz używać zwykłego światła, ale tylko laserów.
Jak więc dostarczasz laser? Wiemy, że elektryczność może być przenoszona przez miedziane przewody, ale światło nie może być przenoszone przez zwykłe metalowe przewody. W tym celu naukowcy opracowali włókno, które może przesyłać światło, zwane światłowodem, określanym jako włókno. Włókno światłowodowe jest wykonane ze specjalnych materiałów szklanych, średnica jest cieńsza niż ludzki włos, zwykle od 50 do 150 mikronów, i jest bardzo miękkie.
W rzeczywistości wewnętrzny rdzeń włókna jest wykonany z przezroczystego szkła optycznego o wysokim współczynniku załamania światła, a zewnętrzna powłoka jest wykonana ze szkła lub plastiku o niskim współczynniku załamania światła. Taka struktura z jednej strony może sprawić, że światło załamuje się wzdłuż wewnętrznego rdzenia, tak jak woda płynąca do przodu w rurze wodnej, elektryczność przesyłana do przodu w przewodzie, nawet jeśli tysiące skrętów i zakrętów nie mają żadnego efektu. Z drugiej strony powłoka o niskim współczynniku załamania światła może zapobiec wyciekaniu światła, tak jak rura wodna nie przecieka, a warstwa izolacyjna przewodu nie przewodzi prądu.
Pojawienie się światłowodu rozwiązuje problem przesyłania światła, ale nie oznacza to, że dzięki niemu każde światło może być przesyłane na bardzo duże odległości. Tylko wysoka jasność, czysty kolor, dobry kierunkowy laser, to najbardziej idealne źródło światła do przesyłania informacji, jest wprowadzane z jednego końca światłowodu, prawie bez strat i wyprowadzane z drugiego końca. Dlatego komunikacja optyczna jest zasadniczo komunikacją laserową, która ma zalety dużej pojemności, wysokiej jakości, szerokiego źródła materiałów, silnej poufności, trwałości itp. i jest uznawana przez naukowców za rewolucję w dziedzinie komunikacji i jest jednym z najwspanialszych osiągnięć rewolucji technologicznej.
Czas publikacji: 29-06-2023