Laser se nanaša na postopek in instrument za ustvarjanje kolimiranih, monokromatskih, koherentnih svetlobnih žarkov s stimuliranim ojačanjem sevanja in potrebno povratno informacijo. V bistvu lasersko ustvarjanje zahteva tri elemente: »resonator«, »ojačevalni medij« in »črpalni vir«.
A. Načelo
Gibanje atoma lahko razdelimo na različne energijske nivoje in ko atom preide iz visokega v nizko energijski nivo, sprosti fotone ustrezne energije (tako imenovano spontano sevanje). Podobno bo, ko foton vpade na sistem na energijski ravni in ga ta absorbira, povzročil prehod atoma z nizke na visoko energijsko raven (tako imenovana vzbujena absorpcija); Nato bodo nekateri atomi, ki preidejo na višje energijske nivoje, prešli na nižje energijske nivoje in oddajali fotone (tako imenovano stimulirano sevanje). Ta gibanja se ne pojavljajo ločeno, ampak pogosto vzporedno. Ko ustvarimo pogoj, kot je uporaba ustreznega medija, resonatorja, dovolj zunanjega električnega polja, se stimulirano sevanje ojača tako, da je več kot stimulirana absorpcija, potem na splošno pride do oddajanja fotonov, kar povzroči lasersko svetlobo.
B. Razvrstitev
Glede na medij, ki proizvaja laser, lahko laser razdelimo na tekoči laser, plinski laser in trdni laser. Zdaj je najpogostejši polprevodniški laser neke vrste polprevodniški laser.
C. Sestava
Večina laserjev je sestavljena iz treh delov: vzbujevalni sistem, laserski material in optični resonator. Vzbujevalni sistemi so naprave, ki proizvajajo svetlobno, električno ali kemično energijo. Trenutno so glavna spodbujevalna sredstva svetloba, elektrika ali kemična reakcija. Laserske snovi so snovi, ki lahko proizvajajo lasersko svetlobo, kot so rubini, berilijevo steklo, neonski plin, polprevodniki, organska barvila itd. Vloga nadzora optične resonance je povečati svetlost izhodnega laserja, prilagoditi in izbrati valovno dolžino in smer laserja.
D. Uporaba
Laser se pogosto uporablja, predvsem komunikacija z vlakni, lasersko določanje razdalje, lasersko rezanje, lasersko orožje, laserski disk itd.
E. Zgodovina
Leta 1958 sta ameriška znanstvenika Xiaoluo in Townes odkrila čarobni pojav: ko sta svetlobo, ki jo oddaja notranja žarnica, usmerila na kristal redke zemlje, bodo molekule kristala oddajale svetlo, vedno skupaj močno svetlobo. V skladu s tem pojavom so predlagali "lasersko načelo", to je, ko snov vzbudi enaka energija, kot je naravna frekvenca nihanja njenih molekul, bo proizvedla to močno svetlobo, ki ne divergira - laser. Za to so našli pomembne papirje.
Po objavi rezultatov raziskav Sciola in Townesa so znanstveniki iz različnih držav predlagali različne eksperimentalne sheme, ki pa niso bile uspešne. 15. maja 1960 je Mayman, znanstvenik v laboratoriju Hughes v Kaliforniji, objavil, da je dobil laser z valovno dolžino 0,6943 mikronov, kar je bil prvi laser, ki so ga dobili ljudje, Mayman pa je tako postal prvi znanstvenik na svetu uvesti laserje v praktično področje.
7. julija 1960 je Mayman naznanil rojstvo prvega laserja na svetu. Maymanova shema je uporaba bliskovne cevi z visoko intenzivnostjo za stimulacijo atomov kroma v rubinastem kristalu in tako ob sprožitvi proizvede zelo koncentriran tanek stolpec rdeče svetlobe. na določeni točki lahko doseže temperaturo, ki je višja od površine sonca.
Sovjetski znanstvenik H.Γ Basov je leta 1960 izumil polprevodniški laser. Struktura polprevodniškega laserja je običajno sestavljena iz plasti P, plasti N in aktivne plasti, ki tvorijo dvojno heterospoj. Njegove značilnosti so: majhnost, visoka učinkovitost spajanja, hitra odzivna hitrost, valovna dolžina in velikost ustrezata velikosti optičnega vlakna, lahko se neposredno modulira, dobra koherenca.
Šest, nekaj glavnih smeri uporabe laserja
F. Laserska komunikacija
Uporaba svetlobe za prenos informacij je danes zelo pogosta. Na primer, ladje uporabljajo luči za komunikacijo, semaforji pa uporabljajo rdečo, rumeno in zeleno. Toda vsi ti načini prenosa informacij z navadno svetlobo so lahko omejeni le na kratke razdalje. Če želite posredovati informacije neposredno v oddaljene kraje s pomočjo svetlobe, ne morete uporabiti navadne svetlobe, temveč le laserje.
Kako torej dostaviti laser? Vemo, da se elektrika lahko prenaša po bakrenih žicah, svetlobe pa ni mogoče prenašati po navadnih kovinskih žicah. V ta namen so znanstveniki razvili žarilno nitko, ki lahko prenaša svetlobo, imenovano optično vlakno, imenovano vlakno. Optična vlakna so izdelana iz posebnih steklenih materialov, premer je tanjši od človeškega lasu, običajno 50 do 150 mikronov, in zelo mehak.
Pravzaprav je notranje jedro vlakna prozorno optično steklo z visokim lomnim količnikom, zunanja prevleka pa je izdelana iz stekla ali plastike z nizkim lomnim količnikom. Takšna struktura lahko po eni strani povzroči, da se svetloba lomi vzdolž notranjega jedra, tako kot voda, ki teče naprej v vodovodni cevi, elektrika, ki se prenaša naprej po žici, tudi če na tisoče zavojev nima učinka. Po drugi strani lahko premaz z nizkim lomnim količnikom prepreči uhajanje svetlobe, tako kot vodovodna cev ne pronica in izolacijska plast žice ne prevaja elektrike.
Pojav optičnega vlakna rešuje način prenosa svetlobe, vendar ne pomeni, da je z njim mogoče prenesti kakršno koli svetlobo zelo daleč. Samo visoka svetlost, čista barva, dober usmerjeni laser je najbolj idealen vir svetlobe za prenos informacij, vnaša se z enega konca vlakna, skoraj brez izgube in izhaja z drugega konca. Zato je optična komunikacija v bistvu laserska komunikacija, ki ima prednosti velike zmogljivosti, visoke kakovosti, širokega vira materialov, močne zaupnosti, trajnosti itd., znanstveniki pa jo pozdravljajo kot revolucijo na področju komunikacije in je ena najsijajnejših dosežkov tehnološke revolucije.
Čas objave: 29. junija 2023