Laser označuje proces a nástroj generování kolimovaných, monochromatických, koherentních světelných paprsků prostřednictvím stimulovaného zesílení záření a nezbytné zpětné vazby.Generování laseru v zásadě vyžaduje tři prvky: „rezonátor“, „prostředí pro zisk“ a „čerpací zdroj“.
A. Princip
Pohybový stav atomu lze rozdělit do různých energetických hladin a při přechodu atomu z vysoké energetické hladiny na nízkoenergetickou hladinu uvolňuje fotony odpovídající energie (tzv. spontánní záření).Podobně, když foton dopadá na systém energetické hladiny a je jím absorbován, způsobí přechod atomu z nízké energetické hladiny na vysokou energetickou hladinu (tzv. excitovaná absorpce);Poté některé atomy, které přecházejí na vyšší energetické hladiny, přejdou na nižší energetické hladiny a budou emitovat fotony (tzv. stimulované záření).Tyto pohyby neprobíhají izolovaně, ale často paralelně.Když vytvoříme podmínku, jako je použití vhodného média, rezonátoru, dostatečného vnějšího elektrického pole, stimulované záření se zesílí tak, že více než stimulovaná absorpce bude obecně emitováno fotony, což má za následek laserové světlo.
B. Klasifikace
Podle média, které laser produkuje, lze laser rozdělit na kapalinový laser, plynový laser a pevný laser.Nyní nejběžnějším polovodičovým laserem je druh pevnolátkového laseru.
C. Složení
Většina laserů se skládá ze tří částí: excitačního systému, laserového materiálu a optického rezonátoru.Budicí systémy jsou zařízení produkující světelnou, elektrickou nebo chemickou energii.V současnosti jsou hlavními stimulačními prostředky světlo, elektřina nebo chemická reakce.Laserové látky jsou látky, které mohou produkovat laserové světlo, jako jsou rubíny, beryliové sklo, neonový plyn, polovodiče, organická barviva atd. Úlohou optického rezonančního řízení je zvýšit jas výstupního laseru, upravit a vybrat vlnovou délku a směr laseru.
D. Aplikace
Laser je široce používán, hlavně vláknová komunikace, laserový rozsah, laserové řezání, laserové zbraně, laserový disk a tak dále.
E. Historie
V roce 1958 objevili američtí vědci Xiaoluo a Townes magický jev: když světlo vyzařované vnitřní žárovkou umístí na krystal vzácných zemin, molekuly krystalu budou vydávat jasné, vždy společně silné světlo.Podle tohoto jevu navrhli „laserový princip“, to znamená, že když je látka vybuzena stejnou energií, jakou má vlastní kmitací frekvence jejích molekul, bude produkovat toto silné světlo, které se nerozbíhá – laser.Našli k tomu důležité papíry.
Po zveřejnění výsledků výzkumu Sciola a Townese navrhli vědci z různých zemí různá experimentální schémata, která však nebyla úspěšná.Mayman, vědec z Hughes Laboratory v Kalifornii, 15. května 1960 oznámil, že získal laser s vlnovou délkou 0,6943 mikronu, což byl vůbec první laser, který kdy lidé získali, a Mayman se tak stal prvním vědcem na světě. zavést lasery do praxe.
7. července 1960 Mayman oznámil zrození prvního laseru na světě, Maymanovo schéma spočívá v použití zábleskové trubice s vysokou intenzitou ke stimulaci atomů chrómu v rubínovém krystalu, čímž se při odpálení vytvoří velmi koncentrovaný tenký sloupec červeného světla. v určitém bodě může dosáhnout teploty vyšší než povrch slunce.
Sovětský vědec H.Γ Basov vynalezl polovodičový laser v roce 1960. Struktura polovodičového laseru se obvykle skládá z P vrstvy, N vrstvy a aktivní vrstvy, které tvoří dvojitý heteropřechod.Jeho vlastnosti jsou: malá velikost, vysoká účinnost vazby, rychlá odezva, vlnová délka a velikost přizpůsobená velikosti optického vlákna, lze přímo modulovat, dobrá koherence.
Šest, některé z hlavních aplikačních směrů laseru
F. Laserová komunikace
Používání světla k přenosu informací je dnes velmi běžné.Například lodě používají ke komunikaci světla a semafory červenou, žlutou a zelenou.Ale všechny tyto způsoby přenosu informací pomocí běžného světla lze omezit pouze na krátké vzdálenosti.Pokud chcete přenášet informace přímo do vzdálených míst prostřednictvím světla, nemůžete použít běžné světlo, ale pouze lasery.
Jak tedy dodat laser?Víme, že elektřina může být vedena po měděných drátech, ale světlo nemůže být přenášeno podél běžných kovových drátů.Za tímto účelem vědci vyvinuli vlákno, které může přenášet světlo, nazývané optické vlákno, označované jako vlákno.Optické vlákno je vyrobeno ze speciálních skleněných materiálů, průměr je tenčí než lidský vlas, obvykle 50 až 150 mikronů, a velmi měkké.
Ve skutečnosti je vnitřní jádro vlákna s vysokým indexem lomu průhledného optického skla a vnější povlak je vyroben ze skla nebo plastu s nízkým indexem lomu.Taková struktura na jedné straně může způsobit, že se světlo láme podél vnitřního jádra, stejně jako voda proudící dopředu ve vodním potrubí, elektřina přenášená dopředu v drátu, i když tisíce zkroucení a otočení nemají žádný účinek.Na druhou stranu povlak s nízkým indexem lomu může zabránit úniku světla ven, stejně jako neprosakuje vodovodní potrubí a izolační vrstva drátu nevede elektrický proud.
Vzhled optického vlákna řeší způsob přenosu světla, ale neznamená to, že s ním může být jakékoli světlo přenášeno velmi daleko.Pouze vysoký jas, čisté barvy, dobrý směrový laser, je nejideálnějším zdrojem světla pro přenos informací, je vstup z jednoho konce vlákna, téměř žádné ztráty a výstup z druhého konce.Proto je optická komunikace v podstatě laserová komunikace, která má výhody velké kapacity, vysoké kvality, širokého zdroje materiálů, silné důvěrnosti, trvanlivosti atd., a je vědci oslavována jako revoluce v oblasti komunikace a je jednou z nich. z nejskvělejších úspěchů technologické revoluce.
Čas odeslání: 29. června 2023