Laser refererer til prosessen og instrumentet for å generere kollimerte, monokromatiske, koherente lysstråler gjennom stimulert strålingsforsterkning og nødvendig tilbakekobling. I utgangspunktet krever lasergenerering tre elementer: en «resonator», et «forsterkningsmedium» og en «pumpekilde».
A. Prinsipp
Bevegelsestilstanden til et atom kan deles inn i forskjellige energinivåer, og når atomet går fra et høyt energinivå til et lavt energinivå, frigjør det fotoner med tilsvarende energi (såkalt spontan stråling). På samme måte, når et foton treffer et energinivåsystem og absorberes av det, vil det føre til at atomet går fra et lavt energinivå til et høyt energinivå (såkalt eksitert absorpsjon). Da vil noen av atomene som går over til høyere energinivåer, gå over til lavere energinivåer og sende ut fotoner (såkalt stimulert stråling). Disse bevegelsene skjer ikke isolert, men ofte parallelt. Når vi skaper en tilstand, for eksempel ved å bruke riktig medium, resonator, nok eksternt elektrisk felt, forsterkes den stimulerte strålingen slik at mer enn den stimulerte absorpsjonen, vil det generelt bli sendt ut fotoner, noe som resulterer i laserlys.
B. Klassifisering
I henhold til mediet som produserer laseren, kan laseren deles inn i flytende laser, gasslaser og faststofflaser. Nå er den vanligste halvlederlaseren en type faststofflaser.
C. Sammensetning
De fleste lasere består av tre deler: eksitasjonssystem, lasermateriale og optisk resonator. Eksitasjonssystemer er enheter som produserer lys, elektrisk eller kjemisk energi. For tiden er de viktigste insentivmidlene som brukes lys, elektrisitet eller kjemisk reaksjon. Laserstoffer er stoffer som kan produsere laserlys, for eksempel rubiner, berylliumglass, neongass, halvledere, organiske fargestoffer, etc. Rollen til optisk resonanskontroll er å forbedre lysstyrken til utgangslaseren, justere og velge bølgelengden og retningen til laseren.
D. Søknad
Laser er mye brukt, hovedsakelig fiberkommunikasjon, laseravstandsmåling, laserskjæring, laservåpen, laserskive og så videre.
E. Historie
I 1958 oppdaget de amerikanske forskerne Xiaoluo og Townes et magisk fenomen: når de plasserer lyset som sendes ut fra den indre lyspæren på en sjeldne jordartskrystall, vil krystallmolekylene sende ut et sterkt, alltid sammen sterkt lys. I henhold til dette fenomenet foreslo de «laserprinsippet», det vil si at når et stoff eksiteres av samme energi som den naturlige oscillasjonsfrekvensen til molekylene, vil det produsere dette sterke lyset som ikke divergerer – laser. De fant viktige artikler om dette.
Etter publiseringen av Sciolo og Townes' forskningsresultater foreslo forskere fra forskjellige land ulike eksperimentelle opplegg, men de var ikke vellykkede. 15. mai 1960 kunngjorde Mayman, en forsker ved Hughes Laboratory i California, at han hadde oppnådd en laser med en bølgelengde på 0,6943 mikron, som var den første laseren som noen gang var oppnådd av mennesker, og Mayman ble dermed den første forskeren i verden som introduserte lasere i det praktiske feltet.
7. juli 1960 annonserte Mayman fødselen av verdens første laser. Maymans plan er å bruke et høyintensitetsblitsrør for å stimulere kromatomer i en rubinkrystall, og dermed produsere en svært konsentrert tynn rød lyssøyle. Når den avfyres på et visst punkt, kan den nå en temperatur høyere enn soloverflaten.
Den sovjetiske vitenskapsmannen H.Γ Basov oppfant halvlederlaseren i 1960. Strukturen til en halvlederlaser består vanligvis av et P-lag, et N-lag og et aktivt lag som danner en dobbel heterojunksjon. Dens egenskaper er: liten størrelse, høy koblingseffektivitet, rask responshastighet, bølgelengde og størrelse tilpasset den optiske fiberstørrelsen, kan moduleres direkte og har god koherens.
Seks, noen av de viktigste bruksområder for laser
F. Laserkommunikasjon
Det er veldig vanlig å bruke lys til å overføre informasjon i dag. For eksempel bruker skip lys til å kommunisere, og trafikklys bruker rødt, gult og grønt. Men alle disse måtene å overføre informasjon på ved hjelp av vanlig lys kan bare begrenses til korte avstander. Hvis du vil overføre informasjon direkte til fjerne steder gjennom lys, kan du ikke bruke vanlig lys, men bare bruke lasere.
Så hvordan sender man laseren? Vi vet at elektrisitet kan føres langs kobbertråder, men lys kan ikke føres langs vanlige metalltråder. For dette formålet har forskere utviklet et filament som kan overføre lys, kalt optisk fiber, også kjent som fiber. Optisk fiber er laget av spesielle glassmaterialer, diameteren er tynnere enn et menneskehår, vanligvis 50 til 150 mikron, og veldig myk.
Faktisk er den indre kjernen i fiberen laget av gjennomsiktig optisk glass med høy brytningsindeks, og det ytre belegget er laget av glass eller plast med lav brytningsindeks. En slik struktur kan på den ene siden gjøre at lyset brytes langs den indre kjernen, akkurat som vann som strømmer fremover i vannrøret, og elektrisitet overføres fremover i ledningen, selv om tusenvis av vridninger og svinger ikke har noen effekt. På den annen side kan belegget med lav brytningsindeks forhindre at lys lekker ut, akkurat som vannrøret ikke siver ut og ledningens isolasjonslag ikke leder strøm.
Utseendet til optisk fiber løser måten å overføre lys på, men det betyr ikke at med den kan hvilket som helst lys overføres til veldig lange avstander. Bare høy lysstyrke, ren farge og god retningsbestemt laser er den mest ideelle lyskilden for å overføre informasjon. Den sendes inn fra den ene enden av fiberen, nesten uten tap, og sendes ut fra den andre enden. Derfor er optisk kommunikasjon i hovedsak laserkommunikasjon, som har fordelene med stor kapasitet, høy kvalitet, bred materialkilde, sterk konfidensialitet, holdbarhet osv., og hylles av forskere som en revolusjon innen kommunikasjonsfeltet, og er en av de mest strålende prestasjonene i den teknologiske revolusjonen.
Publisert: 29. juni 2023