Лазерът се отнася до процеса и инструмента за генериране на колимирани, монохроматични, кохерентни светлинни лъчи чрез стимулирано усилване на радиацията и необходимата обратна връзка.По принцип лазерното генериране изисква три елемента: „резонатор“, „усилваща среда“ и „източник на изпомпване“.
А. Принцип
Състоянието на движение на атома може да бъде разделено на различни енергийни нива и когато атомът преминава от високо енергийно ниво към ниско енергийно ниво, той освобождава фотони със съответната енергия (така нареченото спонтанно излъчване).По подобен начин, когато фотон падне върху система на енергийно ниво и се абсорбира от нея, това ще накара атома да премине от ниско енергийно ниво към високо енергийно ниво (така нареченото възбудено поглъщане);Тогава някои от атомите, които преминават към по-високи енергийни нива, ще преминат към по-ниски енергийни нива и ще излъчват фотони (така нареченото стимулирано лъчение).Тези движения не се случват изолирано, а често паралелно.Когато създадем условие, като например използване на подходяща среда, резонатор, достатъчно външно електрическо поле, стимулираното лъчение се усилва, така че повече от стимулираното поглъщане, тогава като цяло ще има излъчени фотони, което води до лазерна светлина.
Б. Класификация
Според средата, която произвежда лазера, лазерът може да бъде разделен на течен лазер, газов лазер и твърд лазер.Сега най-разпространеният полупроводников лазер е един вид лазер в твърдо състояние.
В. Състав
Повечето лазери се състоят от три части: система за възбуждане, лазерен материал и оптичен резонатор.Системите за възбуждане са устройства, които произвеждат светлинна, електрическа или химическа енергия.В момента основните използвани средства за стимулиране са светлина, електричество или химическа реакция.Лазерните вещества са вещества, които могат да произвеждат лазерна светлина, като рубини, берилиево стъкло, неонов газ, полупроводници, органични багрила и др. Ролята на контрола на оптичния резонанс е да подобри яркостта на изходния лазер, да регулира и избира дължината на вълната и посоката на лазера.
Г. Приложение
Лазерът е широко използван, главно влакнеста комуникация, лазерно измерване, лазерно рязане, лазерни оръжия, лазерни дискове и т.н.
Д. История
През 1958 г. американските учени Сяолуо и Таунс откриват магически феномен: когато поставят светлината, излъчвана от вътрешната електрическа крушка, върху кристал от редкоземни елементи, молекулите на кристала ще излъчват ярка, винаги заедно силна светлина.Според това явление те предложиха „лазерния принцип“, т.е. когато веществото се възбуди от същата енергия като естествената честота на трептене на неговите молекули, то ще произведе тази силна светлина, която не се разминава – лазер.Те намериха важни документи за това.
След публикуването на резултатите от изследванията на Sciolo и Townes, учени от различни страни предлагат различни експериментални схеми, но те не са успешни.На 15 май 1960 г. Мейман, учен от лабораторията Хюз в Калифорния, обявява, че е получил лазер с дължина на вълната 0,6943 микрона, което е първият лазер, получен някога от хора, и по този начин Мейман става първият учен в света за въвеждане на лазери в практическата област.
На 7 юли 1960 г. Мейман обявява раждането на първия в света лазер, схемата на Мейман е да използва флаш тръба с висок интензитет за стимулиране на хромни атоми в рубинен кристал, като по този начин произвежда много концентриран тънък червен светлинен стълб, когато се изстреля в определен момент може да достигне температура, по-висока от повърхността на слънцето.
Съветският учен H.Γ Basov изобретява полупроводниковия лазер през 1960 г. Структурата на полупроводниковия лазер обикновено се състои от P слой, N слой и активен слой, които образуват двоен хетеропреход.Характеристиките му са: малък размер, висока ефективност на свързване, бърза скорост на реакция, дължина на вълната и размер, съответстващи на размера на оптичното влакно, могат да бъдат директно модулирани, добра кохерентност.
Шесто, някои от основните направления на приложение на лазера
Е. Лазерна комуникация
Използването на светлина за предаване на информация днес е много разпространено.Например корабите използват светлини за комуникация, а светофарите използват червено, жълто и зелено.Но всички тези начини за предаване на информация с помощта на обикновена светлина могат да бъдат ограничени само до къси разстояния.Ако искате да предавате информация директно на далечни места чрез светлина, не можете да използвате обикновена светлина, а само лазери.
И така, как доставяте лазера?Знаем, че електричеството може да се пренася по медни жици, но светлината не може да се пренася по обикновени метални жици.За тази цел учените са разработили нишка, която може да предава светлина, наречена оптично влакно, наричано влакно.Оптичното влакно е направено от специални стъклени материали, диаметърът му е по-тънък от човешки косъм, обикновено 50 до 150 микрона и е много мек.
Всъщност вътрешното ядро на влакното е висок индекс на пречупване от прозрачно оптично стъкло, а външното покритие е направено от стъкло или пластмаса с нисък индекс на пречупване.Такава структура, от една страна, може да накара светлината да се пречупи по вътрешната сърцевина, точно като вода, която тече напред във водопроводната тръба, електричество, предадено напред по жицата, дори ако хилядите усуквания и завъртания нямат ефект.От друга страна, покритието с нисък индекс на пречупване може да предотврати изтичането на светлина, точно както водопроводната тръба не се просмуква и изолационният слой на жицата не провежда електричество.
Появата на оптичното влакно решава начина на предаване на светлината, но това не означава, че с него всяка светлина може да бъде предадена на много далече.Само висока яркост, чист цвят, добър насочен лазер е най-идеалният източник на светлина за предаване на информация, той се въвежда от единия край на влакното, почти без загуба и извежда от другия край.Следователно оптичната комуникация е по същество лазерна комуникация, която има предимствата на голям капацитет, високо качество, широк източник на материали, силна поверителност, издръжливост и т.н. и е приветствана от учените като революция в областта на комуникацията и е една от най-блестящите постижения на технологичната революция.
Време на публикуване: 29 юни 2023 г