Laser sa vzťahuje na proces a nástroj generovania kolimovaných, monochromatických, koherentných svetelných lúčov prostredníctvom stimulovaného zosilnenia žiarenia a potrebnej spätnej väzby.Generovanie lasera v podstate vyžaduje tri prvky: „rezonátor“, „médium zosilnenia“ a „zdroj čerpania“.
A. Princíp
Pohybový stav atómu možno rozdeliť do rôznych energetických hladín a pri prechode atómu z vysokej energetickej hladiny na nízku energetickú hladinu uvoľňuje fotóny zodpovedajúcej energie (tzv. spontánne žiarenie).Podobne, keď fotón dopadá na systém energetickej hladiny a je ním absorbovaný, spôsobí prechod atómu z nízkej energetickej hladiny na vysokú energetickú hladinu (tzv. excitovaná absorpcia);Potom niektoré z atómov, ktoré prechádzajú na vyššie energetické hladiny, prejdú na nižšie energetické hladiny a vyžarujú fotóny (tzv. stimulované žiarenie).Tieto pohyby sa nevyskytujú izolovane, ale často paralelne.Keď vytvoríme podmienky, ako je použitie vhodného média, rezonátora, dostatočného vonkajšieho elektrického poľa, stimulované žiarenie sa zosilní tak, že viac ako stimulovaná absorpcia bude vo všeobecnosti emitovať fotóny, čo vedie k laserovému svetlu.
B. Klasifikácia
Podľa média, ktoré produkuje laser, možno laser rozdeliť na kvapalinový laser, plynový laser a pevný laser.Teraz najbežnejším polovodičovým laserom je druh polovodičového lasera.
C. Zloženie
Väčšina laserov sa skladá z troch častí: excitačného systému, laserového materiálu a optického rezonátora.Budiace systémy sú zariadenia, ktoré produkujú svetelnú, elektrickú alebo chemickú energiu.V súčasnosti sú hlavnými stimulačnými prostriedkami svetlo, elektrina alebo chemická reakcia.Laserové látky sú látky, ktoré môžu produkovať laserové svetlo, ako sú rubíny, berýliové sklo, neónový plyn, polovodiče, organické farbivá atď. Úlohou optickej rezonančnej kontroly je zvýšiť jas výstupného lasera, upraviť a zvoliť vlnovú dĺžku a smer lasera.
D. Aplikácia
Laser je široko používaný, hlavne vláknová komunikácia, laserový rozsah, laserové rezanie, laserové zbrane, laserový disk a tak ďalej.
E. História
V roku 1958 americkí vedci Xiaoluo a Townes objavili magický jav: keď umiestnia svetlo vyžarované vnútornou žiarovkou na kryštál vzácnych zemín, molekuly kryštálu vyžarujú jasné, vždy spolu silné svetlo.Podľa tohto javu navrhli „laserový princíp“, to znamená, že keď je látka excitovaná rovnakou energiou, aká je prirodzená frekvencia kmitov jej molekúl, bude produkovať toto silné svetlo, ktoré sa nerozbieha – laser.Našli na to dôležité papiere.
Po zverejnení výsledkov výskumu Sciola a Townesa navrhli vedci z rôznych krajín rôzne experimentálne schémy, ktoré však neboli úspešné.15. mája 1960 Mayman, vedec z Hughes Laboratory v Kalifornii, oznámil, že získal laser s vlnovou dĺžkou 0,6943 mikrónov, čo bol vôbec prvý laser, aký kedy ľudia získali, a Mayman sa tak stal prvým vedcom na svete. zaviesť lasery do praktickej oblasti.
7. júla 1960 Mayman oznámil zrodenie prvého lasera na svete. Maymanova schéma je použiť vysokointenzívnu zábleskovú trubicu na stimuláciu atómov chrómu v rubínovom kryštáli, čím sa vytvorí veľmi koncentrovaný tenký stĺpec červeného svetla, keď sa vypáli. v určitom bode môže dosiahnuť teplotu vyššiu ako je povrch slnka.
Sovietsky vedec H.Γ Basov vynašiel polovodičový laser v roku 1960. Štruktúra polovodičového lasera sa zvyčajne skladá z P vrstvy, N vrstvy a aktívnej vrstvy, ktoré tvoria dvojitý heteroprechod.Jeho vlastnosti sú: malá veľkosť, vysoká väzbová účinnosť, rýchla odozva, vlnová dĺžka a veľkosť zodpovedajú veľkosti optického vlákna, možno priamo modulovať, dobrá koherencia.
Šesť, niektoré z hlavných aplikačných smerov lasera
F. Laserová komunikácia
Používanie svetla na prenos informácií je dnes veľmi bežné.Napríklad lode používajú na komunikáciu svetlá a semafory červenú, žltú a zelenú.Ale všetky tieto spôsoby prenosu informácií pomocou bežného svetla môžu byť obmedzené len na krátke vzdialenosti.Ak chcete prenášať informácie priamo na vzdialené miesta prostredníctvom svetla, nemôžete použiť bežné svetlo, ale použiť iba lasery.
Ako teda dodáte laser?Vieme, že elektrina môže byť vedená po medených drôtoch, ale svetlo nemôže byť prenášané po bežných kovových drôtoch.Na tento účel vedci vyvinuli vlákno, ktoré môže prenášať svetlo, nazývané optické vlákno, označované ako vlákno.Optické vlákno je vyrobené zo špeciálnych sklenených materiálov, priemer je tenší ako ľudský vlas, zvyčajne 50 až 150 mikrónov, a je veľmi mäkký.
Vnútorné jadro vlákna má v skutočnosti vysoký index lomu priehľadného optického skla a vonkajší povlak je vyrobený zo skla alebo plastu s nízkym indexom lomu.Takáto štruktúra na jednej strane môže spôsobiť, že sa svetlo láme pozdĺž vnútorného jadra, rovnako ako voda prúdiaca dopredu vo vodovodnom potrubí, elektrina prenášaná dopredu v drôte, aj keď tisíce zákrutov a zákrutov nemajú žiadny účinok.Na druhej strane povlak s nízkym indexom lomu môže zabrániť úniku svetla, rovnako ako vodovodné potrubie nepresakuje a izolačná vrstva drôtu nevedie elektrický prúd.
Vzhľad optického vlákna rieši spôsob prenosu svetla, ale to neznamená, že s ním môže byť akékoľvek svetlo prenášané veľmi ďaleko.Len vysoký jas, čisté farby, dobrý smerový laser, je najideálnejším zdrojom svetla na prenos informácií, je to vstup z jedného konca vlákna, takmer žiadne straty a výstup z druhého konca.Preto je optická komunikácia v podstate laserová komunikácia, ktorá má výhody veľkej kapacity, vysokej kvality, širokého zdroja materiálov, silnej dôvernosti, trvanlivosti atď., a vedci ju považujú za revolúciu v oblasti komunikácie. z najbrilantnejších úspechov technologickej revolúcie.
Čas odoslania: 29. júna 2023