Laserul se referă la procesul și instrumentul de generare a fasciculelor de lumină colimate, monocromatice, coerente prin amplificarea radiației stimulate și feedback-ul necesar. Practic, generarea laserului necesită trei elemente: un „rezonator”, un „mediu de câștig” și o „sursă de pompare”.
A. Principiul
Starea de mișcare a unui atom poate fi împărțită în diferite niveluri de energie, iar atunci când atomul trece de la un nivel de energie ridicat la un nivel de energie scăzut, eliberează fotoni de energie corespunzătoare (așa-numita radiație spontană). În mod similar, atunci când un foton este incident pe un sistem de nivel de energie și este absorbit de acesta, acesta va face ca atomul să treacă de la un nivel de energie scăzut la un nivel de energie ridicat (așa-numita absorbție excitată); Apoi, unii dintre atomii care trec la niveluri de energie mai înalte vor trece la niveluri de energie inferioare și vor emite fotoni (așa-numita radiație stimulată). Aceste mișcări nu apar izolat, ci adesea în paralel. Când creăm o condiție, cum ar fi utilizarea mediului adecvat, rezonatorul, suficient câmp electric extern, radiația stimulată este amplificată astfel încât mai mult decât absorbția stimulată, atunci în general, vor fi emiși fotoni, rezultând lumină laser.
B. Clasificare
În funcție de mediul care produce laserul, laserul poate fi împărțit în laser lichid, laser cu gaz și laser solid. Acum, cel mai comun laser semiconductor este un fel de laser cu stare solidă.
C. Compoziție
Majoritatea laserelor sunt compuse din trei părți: sistem de excitare, material laser și rezonator optic. Sistemele de excitație sunt dispozitive care produc energie luminoasă, electrică sau chimică. În prezent, principalele mijloace de stimulare utilizate sunt lumina, electricitatea sau reacția chimică. Substanțele laser sunt substanțe care pot produce lumină laser, cum ar fi rubine, sticlă de beriliu, gaz neon, semiconductori, coloranți organici etc. Rolul controlului rezonanței optice este de a îmbunătăți luminozitatea laserului de ieșire, de a regla și de a selecta lungimea de undă și direcția. a laserului.
D. Aplicare
Laserul este utilizat pe scară largă, în principal comunicare prin fibră, distanță cu laser, tăiere cu laser, arme cu laser, disc laser și așa mai departe.
E. Istorie
În 1958, oamenii de știință americani Xiaoluo și Townes au descoperit un fenomen magic: atunci când pun lumina emisă de becul intern pe un cristal de pământ rar, moleculele cristalului vor emite lumină puternică, mereu împreună. Conform acestui fenomen, ei au propus „principiul laserului”, adică atunci când substanța este excitată de aceeași energie ca frecvența naturală de oscilație a moleculelor sale, va produce această lumină puternică care nu diverge – laserul. Au găsit documente importante pentru asta.
După publicarea rezultatelor cercetărilor lui Sciolo și Townes, oamenii de știință din diferite țări au propus diverse scheme experimentale, dar acestea nu au avut succes. Pe 15 mai 1960, Mayman, om de știință la Laboratorul Hughes din California, a anunțat că a obținut un laser cu o lungime de undă de 0,6943 microni, care a fost primul laser obținut vreodată de oameni, iar Mayman a devenit astfel primul om de știință din lume. pentru a introduce laserele în domeniul practic.
Pe 7 iulie 1960, Mayman a anunțat nașterea primului laser din lume, schema lui Mayman este de a folosi un tub flash de mare intensitate pentru a stimula atomii de crom dintr-un cristal de rubin, producând astfel o coloană de lumină roșie subțire foarte concentrată, atunci când este trage. la un anumit punct, poate atinge o temperatură mai mare decât suprafața soarelui.
Omul de știință sovietic H.Γ Basov a inventat laserul cu semiconductor în 1960. Structura laserului semiconductor este de obicei compusă din stratul P, stratul N și stratul activ care formează heterojoncțiune dublă. Caracteristicile sale sunt: dimensiune mică, eficiență mare de cuplare, viteză de răspuns rapidă, lungime de undă și dimensiune se potrivesc cu dimensiunea fibrei optice, poate fi modulată direct, coerență bună.
Șase, unele dintre principalele direcții de aplicare ale laserului
F. Comunicare cu laser
Utilizarea luminii pentru a transmite informații este foarte comună astăzi. De exemplu, navele folosesc lumini pentru a comunica, iar semafoarele folosesc roșu, galben și verde. Dar toate aceste moduri de transmitere a informațiilor folosind lumina obișnuită pot fi limitate doar la distanțe scurte. Dacă doriți să transmiteți informații direct în locuri îndepărtate prin lumină, nu puteți folosi lumina obișnuită, ci doar lasere.
Deci, cum livrați laserul? Știm că electricitatea poate fi transportată de-a lungul firelor de cupru, dar lumina nu poate fi transportată de-a lungul firelor de metal obișnuite. În acest scop, oamenii de știință au dezvoltat un filament care poate transmite lumină, numit fibră optică, denumită fibră. Fibra optică este realizată din materiale speciale de sticlă, diametrul este mai subțire decât un păr uman, de obicei 50 până la 150 de microni și foarte moale.
De fapt, miezul interior al fibrei este un indice de refracție ridicat de sticlă optică transparentă, iar stratul exterior este realizat din sticlă sau plastic cu indice de refracție scăzut. O astfel de structură, pe de o parte, poate face ca lumina să se refracte de-a lungul miezului interior, la fel ca apa care curge înainte în conducta de apă, electricitatea transmisă înainte în fir, chiar dacă mii de răsuciri nu au niciun efect. Pe de altă parte, învelișul cu indice de refracție scăzut poate împiedica scurgerea luminii, la fel cum conducta de apă nu se infiltra și stratul de izolație al firului nu conduce electricitatea.
Apariția fibrei optice rezolvă modul de transmitere a luminii, dar nu înseamnă că odată cu ea, orice lumină poate fi transmisă la foarte departe. Doar luminozitate mare, culoare pură, laser direcțional bun, este cea mai ideală sursă de lumină pentru a transmite informații, este introdusă de la un capăt al fibrei, aproape fără pierderi și ieșire de la celălalt capăt. Prin urmare, comunicarea optică este, în esență, comunicarea cu laser, care are avantajele unei capacități mari, calității înalte, sursei mari de materiale, confidențialitate puternică, durabilitate etc. și este salutată de oamenii de știință ca o revoluție în domeniul comunicării și este una dintre cele mai strălucite realizări din revoluţia tehnologică.
Ora postării: 29-jun-2023