Laser se odnosi na proces i instrument za generiranje kolimiranih, monokromatskih, koherentnih svjetlosnih snopova putem pojačanja stimuliranog zračenja i potrebne povratne veze. U osnovi, generiranje lasera zahtijeva tri elementa: "rezonator", "medij za pojačanje" i "izvor pumpanja".
A. Načelo
Stanje gibanja atoma može se podijeliti na različite energetske razine, a kada atom prijeđe s visoke energetske razine na nisku energetsku razinu, oslobađa fotone odgovarajuće energije (tzv. spontano zračenje). Slično tome, kada foton padne na sustav energetskih razina i on ga apsorbira, uzrokovat će prijelaz atoma s niske energetske razine na visoku energetsku razinu (tzv. pobuđena apsorpcija); zatim će neki od atoma koji prijeđu na više energetske razine prijeći na niže energetske razine i emitirati fotone (tzv. stimulirano zračenje). Ova gibanja se ne događaju izolirano, već često paralelno. Kada stvorimo uvjet, poput korištenja odgovarajućeg medija, rezonatora, dovoljno vanjskog električnog polja, stimulirano zračenje se pojačava tako da je više stimulirane apsorpcije, tada će općenito biti emitiranih fotona, što rezultira laserskom svjetlošću.
B. Klasifikacija
Prema mediju koji proizvodi laser, laseri se mogu podijeliti na tekući laser, plinski laser i laser na čvrstom stanju. Danas je najčešći poluvodički laser vrsta lasera na čvrstom stanju.
C. Sastav
Većina lasera sastoji se od tri dijela: sustava pobude, laserskog materijala i optičkog rezonatora. Sustavi pobude su uređaji koji proizvode svjetlosnu, električnu ili kemijsku energiju. Trenutno su glavna sredstva pobude svjetlost, elektricitet ili kemijska reakcija. Laserske tvari su tvari koje mogu proizvesti lasersku svjetlost, poput rubina, berilijevog stakla, neonskog plina, poluvodiča, organskih boja itd. Uloga kontrole optičke rezonancije je povećati svjetlinu izlaznog lasera, podesiti i odabrati valnu duljinu i smjer lasera.
D. Primjena
Laser se široko koristi, uglavnom za optičku komunikaciju, lasersko mjerenje udaljenosti, lasersko rezanje, lasersko oružje, laserski disk i tako dalje.
E. Povijest
Godine 1958. američki znanstvenici Xiaoluo i Townes otkrili su čarobni fenomen: kada su svjetlost koju emitira unutarnja žarulja usmjerili na kristal rijetke zemlje, molekule kristala emitiraju jarku, uvijek zajedno snažnu svjetlost. Prema tom fenomenu, predložili su "princip lasera", odnosno kada se tvar pobudi istom energijom kao i prirodna frekvencija oscilacija njezinih molekula, ona proizvodi tu snažnu svjetlost koja se ne divergira - laser. Pronašli su važne radove za to.
Nakon objave rezultata istraživanja Sciola i Townesa, znanstvenici iz raznih zemalja predložili su razne eksperimentalne sheme, ali one nisu bile uspješne. Dana 15. svibnja 1960. Mayman, znanstvenik u Hughes laboratoriju u Kaliforniji, objavio je da je dobio laser s valnom duljinom od 0,6943 mikrona, što je bio prvi laser koji su ljudi ikada dobili, te je Mayman tako postao prvi znanstvenik na svijetu koji je uveo lasere u praktično područje.
7. srpnja 1960. Mayman je najavio rođenje prvog lasera na svijetu. Maymanova shema je korištenje visokointenzivne bljeskalice za stimuliranje atoma kroma u kristalu rubina, čime se stvara vrlo koncentrirani tanki stupac crvene svjetlosti. Kada se ispali u određenoj točki, može doseći temperaturu višu od površine Sunca.
Sovjetski znanstvenik H.G. Basov izumio je poluvodički laser 1960. godine. Struktura poluvodičkog lasera obično se sastoji od P sloja, N sloja i aktivnog sloja koji tvore dvostruku heterospojnicu. Njegove karakteristike su: mala veličina, visoka učinkovitost spajanja, velika brzina odziva, valna duljina i veličina odgovaraju veličini optičkog vlakna, može se izravno modulirati, dobra koherencija.
Šest, neki od glavnih smjerova primjene lasera
F. Laserska komunikacija
Korištenje svjetlosti za prijenos informacija danas je vrlo uobičajeno. Na primjer, brodovi koriste svjetla za komunikaciju, a semafori koriste crvenu, žutu i zelenu boju. Ali svi ovi načini prijenosa informacija pomoću običnog svjetla mogu biti ograničeni samo na kratke udaljenosti. Ako želite izravno prenositi informacije na udaljena mjesta putem svjetla, ne možete koristiti obično svjetlo, već samo lasere.
Kako se onda prenosi laser? Znamo da se električna energija može prenositi bakrenim žicama, ali svjetlost se ne može prenositi običnim metalnim žicama. U tu svrhu znanstvenici su razvili nit koja može prenositi svjetlost, nazvanu optičko vlakno, koje se naziva fiber. Optičko vlakno izrađeno je od posebnih staklenih materijala, promjer je tanji od ljudske dlake, obično 50 do 150 mikrona, i vrlo je mekano.
Zapravo, unutarnja jezgra vlakna je od prozirnog optičkog stakla visokog indeksa loma, a vanjski premaz je izrađen od stakla ili plastike niskog indeksa loma. Takva struktura, s jedne strane, može uzrokovati lom svjetlosti duž unutarnje jezgre, baš kao što voda teče naprijed u vodovodnoj cijevi, a električna energija se prenosi naprijed u žici, čak i ako tisuće uvijanja i zavoja nemaju učinka. S druge strane, premaz niskog indeksa loma može spriječiti curenje svjetlosti, baš kao što vodovodna cijev ne propušta, a izolacijski sloj žice ne provodi električnu energiju.
Pojava optičkih vlakana rješava način prijenosa svjetlosti, ali to ne znači da se njima bilo koja svjetlost može prenositi na velike udaljenosti. Samo visoka svjetlina, čiste boje i dobar usmjereni laser najidealniji su izvor svjetlosti za prijenos informacija. Ulaz je s jednog kraja vlakna, gotovo bez gubitaka, a izlaz je s drugog kraja. Stoga je optička komunikacija u biti laserska komunikacija, koja ima prednosti velikog kapaciteta, visoke kvalitete, širokog izvora materijala, snažne povjerljivosti, trajnosti itd., a znanstvenici je smatraju revolucijom u području komunikacije i jednim od najbriljantnijih dostignuća u tehnološkoj revoluciji.
Vrijeme objave: 29. lipnja 2023.