Laser viittaa prosessiin ja välineeseen, jolla luodaan kollimoituja, monokromaattisia, koherentteja valonsäteitä stimuloidun säteilyn vahvistuksen ja tarvittavan palautteen avulla. Pohjimmiltaan lasergenerointi vaatii kolme elementtiä: "resonaattorin", "vahvistusväliaineen" ja "pumppauslähteen".
A. Periaate
Atomin liiketila voidaan jakaa eri energiatasoihin, ja kun atomi siirtyy korkealta energiatasolta alhaiselle energiatasolle, se vapauttaa vastaavan energian fotoneja (ns. spontaani säteily). Vastaavasti, kun fotoni osuu energiatason järjestelmään ja absorboituu siihen, se saa atomin siirtymään matalalta energiatasolta korkealle energiatasolle (ns. viritetty absorptio); Sitten jotkut atomeista, jotka siirtyvät korkeammalle energiatasolle, siirtyvät alemmille energiatasoille ja lähettävät fotoneja (niin kutsuttua stimuloitua säteilyä). Nämä liikkeet eivät tapahdu erikseen, vaan usein rinnakkain. Kun luomme tilan, kuten käyttämällä sopivaa väliainetta, resonaattoria, riittävästi ulkoista sähkökenttää, stimuloitu säteily vahvistuu niin, että enemmän kuin stimuloitu absorptio, yleensä syntyy fotoneja, mikä johtaa laservaloon.
B. Luokittelu
Laseria tuottavan väliaineen mukaan laser voidaan jakaa nestelaseriin, kaasulaseriin ja kiinteään laseriin. Nyt yleisin puolijohdelaser on eräänlainen solid-state laser.
C. Koostumus
Useimmat laserit koostuvat kolmesta osasta: viritysjärjestelmästä, lasermateriaalista ja optisesta resonaattorista. Herätysjärjestelmät ovat laitteita, jotka tuottavat valoa, sähköä tai kemiallista energiaa. Tällä hetkellä tärkeimmät kannustinkeinot ovat valo, sähkö tai kemiallinen reaktio. Laseraineet ovat aineita, jotka voivat tuottaa laservaloa, kuten rubiineja, berylliumlasia, neonkaasua, puolijohteita, orgaanisia väriaineita jne. Optisen resonanssin ohjauksen tehtävänä on parantaa lähtölaserin kirkkautta, säätää ja valita aallonpituutta ja suuntaa. laserista.
D. Sovellus
Laseria käytetään laajasti, pääasiassa kuituviestintää, laseretäisyyttä, laserleikkausta, laseraseita, laserlevyä ja niin edelleen.
E. Historia
Vuonna 1958 amerikkalaiset tutkijat Xiaoluo ja Townes löysivät maagisen ilmiön: kun he laittoivat sisäisen hehkulampun säteilevän valon harvinaisen maametallin kristalliin, kiteen molekyylit säteilevät kirkasta, aina yhdessä voimakasta valoa. Tämän ilmiön mukaan he ehdottivat "laserperiaatetta", eli kun ainetta viritetään samalla energialla kuin sen molekyylien luonnollinen värähtelytaajuus, se tuottaa tätä voimakasta valoa, joka ei hajoa - laseria. He löysivät tärkeitä papereita tätä varten.
Sciolon ja Townesin tutkimustulosten julkaisemisen jälkeen tutkijat eri maista ehdottivat erilaisia kokeellisia suunnitelmia, mutta ne eivät onnistuneet. 15. toukokuuta 1960 Mayman, Kalifornian Hughes Laboratoryn tiedemies, ilmoitti saaneensa laserin, jonka aallonpituus oli 0,6943 mikronia, joka oli ensimmäinen ihmisten koskaan hankkima laser, ja Maymanista tuli näin ensimmäinen tiedemies maailmassa. ottaa käyttöön laserit käytännön alalla.
7. heinäkuuta 1960 Mayman ilmoitti maailman ensimmäisen laserin syntymästä. Maymanin suunnitelmana on käyttää korkean intensiteetin salamaputkea kromiatomien stimuloimiseen rubiinikiteessä, jolloin syntyy erittäin tiivistetty ohut punainen valopylväs, kun se laukaistaan. Tietyssä pisteessä se voi saavuttaa auringon pintaa korkeamman lämpötilan.
Neuvostoliiton tiedemies H.Γ Basov keksi puolijohdelaserin vuonna 1960. Puolijohdelaserin rakenne koostuu yleensä P-kerroksesta, N-kerroksesta ja aktiivisesta kerroksesta, jotka muodostavat kaksoisheteroliitoksen. Sen ominaisuudet ovat: pieni koko, korkea kytkentätehokkuus, nopea vastenopeus, aallonpituus ja koko sopivat optisen kuidun koon kanssa, voidaan suoraan moduloida, hyvä koherenssi.
Kuusi, joitain laserin pääsovellussuunnista
F. Laserviestintä
Valon käyttö tiedon välittämiseen on nykyään hyvin yleistä. Esimerkiksi laivat käyttävät valoja kommunikoidakseen ja liikennevalot punaista, keltaista ja vihreää. Mutta kaikki nämä tavat välittää tietoa tavallisella valolla voidaan rajoittaa vain lyhyille etäisyyksille. Jos haluat välittää tietoa suoraan kaukaisiin paikkoihin valon kautta, et voi käyttää tavallista valoa, vaan käyttää vain lasereita.
Joten miten toimitat laserin? Tiedämme, että sähköä voidaan kuljettaa kuparilankoja pitkin, mutta valoa ei voi kuljettaa tavallisia metallilankoja pitkin. Tätä tarkoitusta varten tutkijat ovat kehittäneet valoa läpäisevän filamentin, jota kutsutaan optiseksi kuiduksi, jota kutsutaan kuiduksi. Optinen kuitu on valmistettu erikoislasimateriaaleista, halkaisija on ohuempi kuin ihmisen hiukset, yleensä 50-150 mikronia ja erittäin pehmeä.
Itse asiassa kuidun sisäydin on korkea taitekerroin läpinäkyvää optista lasia, ja ulompi pinnoite on valmistettu matalan taitekertoimen lasista tai muovista. Sellainen rakenne voi toisaalta saada valon taittumaan sisäydintä pitkin, kuten vesiputkessa eteenpäin virtaavan veden, johdossa eteenpäin kulkevan sähkön, vaikka tuhansilla käännöksillä ei olisi vaikutusta. Toisaalta matalan taitekertoimen pinnoite voi estää valoa vuotamasta ulos, kuten vesiputki ei tihku eikä johdon eristekerros johda sähköä.
Valokuidun ulkonäkö ratkaisee valon läpäisytavan, mutta se ei tarkoita, että sen avulla mikä tahansa valo voisi siirtyä hyvin kauas. Vain korkea kirkkaus, puhdas väri, hyvä suunnattu laser, on ihanteellinen valonlähde tiedon välittämiseen, se tulee kuidun yhdestä päästä, lähes häviötä ja lähtö toisesta päästä. Siksi optinen viestintä on pohjimmiltaan laserviestintää, jonka etuna on suuri kapasiteetti, korkea laatu, laaja materiaalilähde, vahva luottamuksellisuus, kestävyys jne. ja jota tiedemiehet pitävät vallankumouksena viestinnän alalla, ja se on yksi teknologisen vallankumouksen loistavimmista saavutuksista.
Postitusaika: 29.6.2023