Лазер относится к процессу и инструменту генерации коллимированных, монохроматических, когерентных световых лучей посредством усиления стимулированного излучения и необходимой обратной связи.По сути, для генерации лазера требуются три элемента: «резонатор», «усиливающая среда» и «источник накачки».
А. Принцип
Состояние движения атома можно разделить на различные энергетические уровни, и когда атом переходит с высокого энергетического уровня на низкий энергетический уровень, он испускает фотоны соответствующей энергии (так называемое спонтанное излучение).Точно так же, когда фотон падает на систему энергетических уровней и поглощается ею, это вызывает переход атома с низкого энергетического уровня на высокий энергетический уровень (так называемое возбужденное поглощение);Затем некоторые атомы, перешедшие на более высокие энергетические уровни, перейдут на более низкие энергетические уровни и испускают фотоны (так называемое стимулированное излучение).Эти движения происходят не изолированно, а часто параллельно.Когда мы создаем условия, например, используя соответствующую среду, резонатор, достаточное внешнее электрическое поле, стимулированное излучение усиливается так, что больше, чем стимулированное поглощение, тогда, как правило, будут излучаться фотоны, в результате чего образуется лазерный свет.
Б. Классификация
В зависимости от среды, в которой создается лазер, лазер можно разделить на жидкостный лазер, газовый лазер и твердотельный лазер.Сейчас наиболее распространенным полупроводниковым лазером является разновидность твердотельного лазера.
С. Состав
Большинство лазеров состоят из трех частей: системы возбуждения, лазерного материала и оптического резонатора.Системы возбуждения – это устройства, вырабатывающие световую, электрическую или химическую энергию.В настоящее время основными используемыми средствами стимулирования являются свет, электричество или химическая реакция.Лазерные вещества — это вещества, которые могут производить лазерный свет, такие как рубины, бериллиевое стекло, неон, полупроводники, органические красители и т. д. Роль управления оптическим резонансом заключается в повышении яркости выходного лазера, настройке и выборе длины волны и направления. лазера.
Д. Применение
Лазер широко используется, в основном волоконная связь, лазерная локация, лазерная резка, лазерное оружие, лазерный диск и так далее.
Е. История
В 1958 году американские учёные Сяолуо и Таунс открыли волшебное явление: когда они поместили свет, излучаемый внутренней лампочкой, на редкоземельный кристалл, молекулы кристалла будут излучать яркий, всегда вместе сильный свет.В соответствии с этим явлением они предложили «принцип лазера», то есть, когда вещество возбуждается той же энергией, что и собственная частота колебаний его молекул, оно будет производить этот сильный свет, который не расходится – лазер.Для этого они нашли важные бумаги.
После публикации результатов исследований Скиоло и Таунса ученые разных стран предложили различные экспериментальные схемы, но они не увенчались успехом.15 мая 1960 года Мэйман, учёный из Лаборатории Хьюза в Калифорнии, объявил, что он получил лазер с длиной волны 0,6943 микрона, который стал первым лазером, когда-либо полученным человеком, и таким образом Мэйман стал первым учёным в мире. внедрение лазеров в практическую область.
7 июля 1960 года Мэйман объявил о рождении первого в мире лазера. Схема Мэймана состоит в том, чтобы использовать лампу-вспышку высокой интенсивности для стимуляции атомов хрома в кристалле рубина, создавая таким образом очень концентрированный тонкий столб красного света при его срабатывании. в определенный момент он может достичь температуры выше, чем поверхность Солнца.
Советский ученый Г.Г. Басов изобрел полупроводниковый лазер в 1960 году. Структура полупроводникового лазера обычно состоит из P-слоя, N-слоя и активного слоя, образующих двойной гетеропереход.Его характеристики: небольшой размер, высокая эффективность связи, быстрая скорость отклика, длина волны и размер соответствуют размеру оптического волокна, возможность прямой модуляции, хорошая когерентность.
Шесть, некоторые из основных направлений применения лазера
F. Лазерная связь
Использование света для передачи информации сегодня очень распространено.Например, корабли используют огни для связи, а светофоры используют красный, желтый и зеленый цвета.Но все эти способы передачи информации с помощью обычного света могут ограничиваться лишь небольшими расстояниями.Если вы хотите передать информацию напрямую в отдаленные места с помощью света, вы можете не использовать обычный свет, а использовать только лазеры.
Так как же доставить лазер?Мы знаем, что электричество можно передавать по медным проводам, но свет нельзя передавать по обычным металлическим проводам.С этой целью ученые разработали нить, способную передавать свет, под названием оптическое волокно, именуемое волокном.Оптическое волокно изготавливается из специального стеклянного материала, его диаметр тоньше человеческого волоса, обычно от 50 до 150 микрон, и он очень мягкий.
Фактически внутренняя сердцевина волокна представляет собой прозрачное оптическое стекло с высоким показателем преломления, а внешнее покрытие выполнено из стекла или пластика с низким показателем преломления.Такая структура, с одной стороны, может заставить свет преломляться вдоль внутреннего ядра, точно так же, как вода, текущая вперед в водопроводе, передает электричество вперед по проводу, даже если тысячи витков и витков не оказывают никакого эффекта.С другой стороны, покрытие с низким показателем преломления может предотвратить утечку света, так же, как водопроводная труба не просачивается, а изоляционный слой провода не проводит электричество.
Появление оптоволокна решает способ передачи света, но это не означает, что с его помощью любой свет можно будет передавать на очень большие расстояния.Только высокая яркость, чистый цвет, хороший направленный лазер является наиболее идеальным источником света для передачи информации: он вводится с одного конца волокна, почти без потерь и выводится с другого конца.Таким образом, оптическая связь — это, по сути, лазерная связь, которая имеет преимущества большой емкости, высокого качества, широкого источника материалов, строгой конфиденциальности, долговечности и т. д. и считается учеными революцией в области связи и является одной из них. из самых блестящих достижений технологической революции.
Время публикации: 29 июня 2023 г.