Лазер відноситься до процесу та інструменту генерації колімованих, монохроматичних, когерентних пучків світла за допомогою стимульованого посилення випромінювання та необхідного зворотного зв’язку.В основному для лазерної генерації потрібні три елементи: «резонатор», «середовище посилення» та «джерело накачування».
А. Принцип
Стан руху атома можна розділити на різні енергетичні рівні, і коли атом переходить з високого енергетичного рівня на низький, він випускає фотони відповідної енергії (так зване спонтанне випромінювання).Подібним чином, коли фотон падає на систему енергетичного рівня і поглинається нею, це призведе до переходу атома з низького енергетичного рівня на високий (так зване збуджене поглинання);Тоді деякі з атомів, які переходять на вищі енергетичні рівні, переходитимуть на нижчі енергетичні рівні та випромінюватимуть фотони (так зване стимульоване випромінювання).Ці рухи відбуваються не ізольовано, а часто паралельно.Коли ми створюємо умови, такі як використання відповідного середовища, резонатора, достатнього зовнішнього електричного поля, стимульоване випромінювання посилюється так, що більше, ніж стимульоване поглинання, тоді загалом випромінюються фотони, що призводить до лазерного світла.
B. Класифікація
Відповідно до середовища, яке створює лазер, лазер можна розділити на рідинний лазер, газовий лазер і лазер на твердому тілі.Зараз найпоширенішим напівпровідниковим лазером є різновид твердотільного лазера.
C. Композиція
Більшість лазерів складається з трьох частин: системи збудження, лазерного матеріалу та оптичного резонатора.Системи збудження - це пристрої, які виробляють світлову, електричну або хімічну енергію.В даний час основними засобами стимулювання є світло, електрика або хімічна реакція.Лазерні речовини – це речовини, які можуть виробляти лазерне світло, наприклад рубіни, бериллієве скло, неоновий газ, напівпровідники, органічні барвники тощо. Роль оптичного резонансного контролю полягає в тому, щоб підвищити яскравість вихідного лазера, налаштувати та вибрати довжину хвилі та напрямок. лазера.
D. Аплікація
Лазер широко використовується, в основному волоконний зв'язок, лазерна дальність, лазерне різання, лазерна зброя, лазерний диск тощо.
E. Історія
У 1958 році американські вчені Сяолуо і Таунс відкрили магічне явище: коли вони подають світло, випромінюване внутрішньою лампочкою, на рідкоземельний кристал, молекули кристала будуть випромінювати яскраве, завжди разом сильне світло.Відповідно до цього явища вони запропонували «принцип лазера», тобто коли речовина збуджується тією самою енергією, що й власна частота коливань її молекул, вона вироблятиме це сильне світло, яке не розходиться – лазер.Знайшли для цього важливі папери.
Після публікації результатів досліджень Скіоло і Таунса вчені з різних країн пропонували різні схеми експериментів, але вони не мали успіху.15 травня 1960 року Мейман, вчений з лабораторії Хьюза в Каліфорнії, оголосив, що отримав лазер з довжиною хвилі 0,6943 мікрона, який став першим лазером, отриманим людьми, і таким чином Мейман став першим вченим у світі. ввести лазери в практичну сферу.
7 липня 1960 року Мейман оголосив про народження першого в світі лазера. Схема Меймана полягає у використанні високоінтенсивної спалахової трубки для стимуляції атомів хрому в кристалі рубіна, таким чином створюючи дуже концентрований тонкий стовп червоного світла під час його запуску. у певний момент вона може досягати температури, вищої за поверхню Сонця.
Радянський вчений Г. Г. Басов винайшов напівпровідниковий лазер у 1960 році. Структура напівпровідникового лазера зазвичай складається з P-шару, N-шару та активного шару, які утворюють подвійний гетероперехід.Його характеристики: невеликий розмір, висока ефективність зв'язку, швидка швидкість відгуку, довжина хвилі та розмір відповідають розміру оптичного волокна, можна безпосередньо модулювати, хороша когерентність.
Шосте, деякі з основних напрямків застосування лазера
F. Лазерний зв'язок
Використання світла для передачі інформації сьогодні дуже поширене.Наприклад, кораблі використовують вогні для спілкування, а світлофори використовують червоний, жовтий і зелений кольори.Але всі ці способи передачі інформації за допомогою звичайного світла можуть обмежуватися лише короткими відстанями.Якщо ви хочете передати інформацію безпосередньо на віддалені місця через світло, ви можете не використовувати звичайне світло, а використовувати тільки лазери.
Отже, як доставити лазер?Ми знаємо, що електрику можна передавати по мідних дротах, але світло не можна передавати по звичайних металевих дротах.З цією метою вчені розробили нитку, яка може пропускати світло, яка називається оптичним волокном, або волокном.Оптичне волокно виготовляється зі спеціального скла, діаметр якого тонший за людську волосину, зазвичай від 50 до 150 мікрон, і дуже м’який.
Насправді внутрішня серцевина волокна являє собою прозоре оптичне скло з високим показником заломлення, а зовнішнє покриття виготовлено зі скла або пластику з низьким показником заломлення.Така структура, з одного боку, може змусити світло заломлюватися вздовж внутрішньої серцевини, як вода, що тече вперед у водопровідній трубі, електрику, що передається вперед у дроті, навіть якщо тисячі поворотів і поворотів не мають ефекту.З іншого боку, покриття з низьким показником заломлення може запобігти витоку світла, так само як водопровідна труба не просочується, а ізоляційний шар дроту не проводить електрику.
Поява оптичного волокна вирішує шлях передачі світла, але це не означає, що з ним будь-яке світло можна передати дуже далеко.Тільки висока яскравість, чистий колір, хороший спрямований лазер є найбільш ідеальним джерелом світла для передачі інформації, воно вводиться з одного кінця волокна, майже без втрат і виводиться з іншого кінця.Таким чином, оптичний зв’язок — це, по суті, лазерний зв’язок, який має такі переваги, як велика ємність, висока якість, широке джерело матеріалів, сувора конфіденційність, довговічність тощо, і вчені вітають його як революцію в галузі зв’язку та є одним із найяскравіших досягнень технічної революції.
Час публікації: 29 червня 2023 р