Laser se odnosi na proces i instrument generiranja kolimiranih, monokromatskih, koherentnih svjetlosnih zraka stimuliranim pojačanjem zračenja i potrebnom povratnom spregom. U osnovi, lasersko generiranje zahtijeva tri elementa: "rezonator", "medij pojačanja" i "izvor pumpanja".
A. Načelo
Stanje gibanja atoma može se podijeliti na različite energetske razine, a kada atom prijeđe s visoke na nisku energetsku razinu, oslobađa fotone odgovarajuće energije (tzv. spontano zračenje). Slično, kada foton upadne na sustav energetske razine i on ga apsorbira, uzrokovat će prijelaz atoma s niske energetske razine na visoku energetsku razinu (tzv. pobuđena apsorpcija); Tada će neki od atoma koji prijeđu na više energetske razine prijeći na niže energetske razine i emitirati fotone (tzv. stimulirano zračenje). Ti se pokreti ne događaju izolirano, već često usporedno. Kada stvorimo uvjet, kao što je korištenje odgovarajućeg medija, rezonatora, dovoljno vanjskog električnog polja, stimulirano zračenje se pojačava tako da više od stimulirane apsorpcije, tada će općenito biti emitirani fotoni, što će rezultirati laserskom svjetlošću.
B. Klasifikacija
Prema mediju koji proizvodi laser, laser se može podijeliti na tekući laser, plinski laser i čvrsti laser. Sada je najčešći poluvodički laser neka vrsta lasera u čvrstom stanju.
C. Sastav
Većina lasera sastoji se od tri dijela: pobudnog sustava, laserskog materijala i optičkog rezonatora. Sustavi pobude su uređaji koji proizvode svjetlosnu, električnu ili kemijsku energiju. Trenutno su glavna poticajna sredstva svjetlo, električna energija ili kemijska reakcija. Laserske tvari su tvari koje mogu proizvesti lasersko svjetlo, kao što su rubini, berilijsko staklo, neonski plin, poluvodiči, organske boje, itd. Uloga kontrole optičke rezonancije je povećati svjetlinu izlaznog lasera, prilagoditi i odabrati valnu duljinu i smjer lasera.
D. Primjena
Laser se naširoko koristi, uglavnom komunikacija vlaknima, 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 svjetlo koje emitira unutarnja žarulja stavi na kristal rijetke zemlje, molekule kristala će emitirati blistavu, uvijek zajedno jaku svjetlost. Prema ovom fenomenu, predložili su "načelo lasera", odnosno, kada je tvar pobuđena istom energijom kao što je prirodna frekvencija oscilacija njezinih molekula, proizvest će ovu jaku svjetlost koja ne divergira - laser. Za to su pronašli važne papire.
Nakon objave rezultata istraživanja Sciola i Townesa, znanstvenici iz raznih zemalja predlagali su različite eksperimentalne sheme, ali nisu bile uspješne. Dana 15. svibnja 1960. Mayman, znanstvenik iz Hughes Laboratorija u Kaliforniji, objavio je da je dobio laser valne duljine 0,6943 mikrona, što je bio prvi laser do kojeg su došli ljudi, a Mayman je tako postao prvi znanstvenik na svijetu uvesti lasere u praktično područje.
Dana 7. srpnja 1960., Mayman je najavio rođenje prvog lasera na svijetu, Maymanova shema je korištenje bljeskalice visokog intenziteta za stimuliranje atoma kroma u kristalu rubina, stvarajući tako vrlo koncentrirani tanki stup crvene svjetlosti, kada se ispali u određenom trenutku može doseći temperaturu višu od površine sunca.
Sovjetski znanstvenik H.Γ Basov izumio je poluvodički laser 1960. Struktura poluvodičkog lasera obično se sastoji od P sloja, N sloja i aktivnog sloja koji tvore dvostruki heterospoj. Njegove karakteristike su: mala veličina, visoka učinkovitost spajanja, brzi odziv, valna duljina i veličina odgovaraju veličini optičkog vlakna, može se izravno modulirati, dobra koherencija.
Šesto, neki od glavnih smjerova primjene lasera
F. Laserska komunikacija
Korištenje svjetla za prijenos informacija danas je vrlo uobičajeno. Na primjer, brodovi koriste svjetla za komunikaciju, a semafori koriste crveno, žuto i zeleno. Ali svi ovi načini prijenosa informacija pomoću običnog svjetla mogu se ograničiti samo na male udaljenosti. Ako putem svjetla želite izravno prenijeti informacije na udaljena mjesta, ne možete koristiti obično svjetlo, već samo lasere.
Dakle, kako isporučiti laser? Znamo da se elektricitet može prenositi po bakrenim žicama, ali svjetlost ne može po običnim metalnim žicama. U tu svrhu, znanstvenici su razvili filament koji može prenositi svjetlost, nazvan optičko vlakno, poznato kao vlakno. Optička vlakna izrađena su od posebnih staklenih materijala, promjera su tanja od ljudske vlasi, obično 50 do 150 mikrona, i vrlo su mekana.
U stvari, unutarnja jezgra vlakna je prozirno optičko staklo visokog indeksa loma, a vanjska prevlaka izrađena je od stakla ili plastike s niskim indeksom loma. Takva struktura, s jedne strane, može učiniti da se svjetlost lomi duž unutarnje jezgre, baš kao voda koja teče naprijed u vodovodnoj cijevi, struja koja se prenosi naprijed u žici, čak i ako tisuće zavoja nemaju učinka. S druge strane, premaz s niskim indeksom loma može spriječiti curenje svjetlosti, baš kao što cijev za vodu ne curi, a izolacijski sloj žice ne provodi struju.
Pojava optičkog vlakna rješava način prijenosa svjetla, ali ne znači da se njime bilo kakva svjetlost može prenijeti na vrlo velike udaljenosti. Samo visoka svjetlina, čista boja, dobar usmjereni laser je najidealniji izvor svjetlosti za prijenos informacija, ulazi s jednog kraja vlakna, gotovo bez gubitka i izlazi s drugog kraja. Stoga je optička komunikacija u biti laserska komunikacija, koja ima prednosti velikog kapaciteta, visoke kvalitete, širokog izvora materijala, jake povjerljivosti, trajnosti itd., a znanstvenici je pozdravljaju kao revoluciju u polju komunikacije i jedan je od najbriljantnijih dostignuća tehnološke revolucije.
Vrijeme objave: 29. lipnja 2023