Το λέιζερ αναφέρεται στη διαδικασία και στο όργανο δημιουργίας ευθυγραμμισμένων, μονοχρωματικών, συνεκτικών δεσμών φωτός μέσω διεγερμένης ενίσχυσης ακτινοβολίας και απαραίτητης ανάδρασης. Βασικά, η παραγωγή λέιζερ απαιτεί τρία στοιχεία: έναν «συντονιστή», ένα «μέσο απολαβής» και μια «πηγή άντλησης».
Α. Αρχή
Η κατάσταση κίνησης ενός ατόμου μπορεί να χωριστεί σε διαφορετικά ενεργειακά επίπεδα και όταν το άτομο μεταβαίνει από ένα υψηλό ενεργειακό επίπεδο σε ένα χαμηλό ενεργειακό επίπεδο, απελευθερώνει φωτόνια αντίστοιχης ενέργειας (τη λεγόμενη αυθόρμητη ακτινοβολία). Ομοίως, όταν ένα φωτόνιο προσπίπτει σε ένα σύστημα ενεργειακών επιπέδων και απορροφάται από αυτό, θα προκαλέσει τη μετάβαση του ατόμου από ένα χαμηλό ενεργειακό επίπεδο σε ένα υψηλό ενεργειακό επίπεδο (τη λεγόμενη διεγερμένη απορρόφηση). Στη συνέχεια, μερικά από τα άτομα που μεταβαίνουν σε υψηλότερα επίπεδα ενέργειας θα μεταβούν σε χαμηλότερα επίπεδα ενέργειας και θα εκπέμπουν φωτόνια (τη λεγόμενη διεγερμένη ακτινοβολία). Αυτές οι κινήσεις δεν γίνονται μεμονωμένα, αλλά συχνά παράλληλα. Όταν δημιουργούμε μια συνθήκη, όπως τη χρήση του κατάλληλου μέσου, συντονιστή, επαρκούς εξωτερικού ηλεκτρικού πεδίου, η διεγερμένη ακτινοβολία ενισχύεται έτσι ώστε περισσότερο από την διεγερμένη απορρόφηση, τότε γενικά, θα εκπέμπονται φωτόνια, με αποτέλεσμα το φως λέιζερ.
Β. Ταξινόμηση
Σύμφωνα με το μέσο που παράγει το λέιζερ, το λέιζερ μπορεί να χωριστεί σε υγρό λέιζερ, λέιζερ αερίου και λέιζερ στερεού. Τώρα το πιο κοινό λέιζερ ημιαγωγών είναι ένα είδος λέιζερ στερεάς κατάστασης.
Γ. Σύνθεση
Τα περισσότερα λέιζερ αποτελούνται από τρία μέρη: σύστημα διέγερσης, υλικό λέιζερ και οπτικό αντηχείο. Τα συστήματα διέγερσης είναι συσκευές που παράγουν φως, ηλεκτρική ή χημική ενέργεια. Επί του παρόντος, τα κύρια κίνητρα που χρησιμοποιούνται είναι το φως, ο ηλεκτρισμός ή η χημική αντίδραση. Οι ουσίες λέιζερ είναι ουσίες που μπορούν να παράγουν φως λέιζερ, όπως ρουμπίνια, γυαλί βηρυλλίου, αέριο νέον, ημιαγωγοί, οργανικές βαφές κ.λπ. Ο ρόλος του ελέγχου οπτικού συντονισμού είναι να ενισχύσει τη φωτεινότητα του λέιζερ εξόδου, να προσαρμόσει και να επιλέξει το μήκος κύματος και την κατεύθυνση του λέιζερ.
Δ. Εφαρμογή
Το λέιζερ χρησιμοποιείται ευρέως, κυρίως επικοινωνία ινών, ακτίνα λέιζερ, κοπή λέιζερ, όπλα λέιζερ, δίσκος λέιζερ και ούτω καθεξής.
Ε. Ιστορία
Το 1958, οι Αμερικανοί επιστήμονες Xiaoluo και Townes ανακάλυψαν ένα μαγικό φαινόμενο: όταν βάλουν το φως που εκπέμπεται από τον εσωτερικό λαμπτήρα σε έναν κρύσταλλο σπάνιας γαίας, τα μόρια του κρυστάλλου θα εκπέμπουν φωτεινό, πάντα μαζί ισχυρό φως. Σύμφωνα με αυτό το φαινόμενο, πρότειναν την «αρχή του λέιζερ», δηλαδή όταν η ουσία διεγείρεται από την ίδια ενέργεια με τη φυσική συχνότητα ταλάντωσης των μορίων της, θα παράγει αυτό το ισχυρό φως που δεν αποκλίνει – λέιζερ. Βρήκαν σημαντικά χαρτιά για αυτό.
Μετά τη δημοσίευση των αποτελεσμάτων της έρευνας των Sciolo και Townes, επιστήμονες από διάφορες χώρες πρότειναν διάφορα πειραματικά σχήματα, αλλά δεν είχαν επιτυχία. Στις 15 Μαΐου 1960, ο Mayman, ένας επιστήμονας στο Εργαστήριο Hughes στην Καλιφόρνια, ανακοίνωσε ότι είχε αποκτήσει ένα λέιζερ με μήκος κύματος 0,6943 μικρά, το οποίο ήταν το πρώτο λέιζερ που αποκτήθηκε ποτέ από τον άνθρωπο, και έτσι ο Mayman έγινε ο πρώτος επιστήμονας στον κόσμο. για την εισαγωγή λέιζερ στο πρακτικό πεδίο.
Στις 7 Ιουλίου 1960, ο Mayman ανακοίνωσε τη γέννηση του πρώτου λέιζερ στον κόσμο. Το σχέδιο του Mayman είναι να χρησιμοποιήσει έναν υψηλής έντασης σωλήνα flash για να διεγείρει άτομα χρωμίου σε έναν ρουμπίνι κρύσταλλο, δημιουργώντας έτσι μια πολύ συγκεντρωμένη λεπτή στήλη κόκκινου φωτός, όταν εκτοξεύεται σε ένα ορισμένο σημείο, μπορεί να φτάσει σε θερμοκρασία υψηλότερη από την επιφάνεια του ήλιου.
Ο Σοβιετικός επιστήμονας H.Γ Basov εφηύρε το λέιζερ ημιαγωγών το 1960. Η δομή του λέιζερ ημιαγωγών συνήθως αποτελείται από στρώμα P, στρώμα Ν και ενεργό στρώμα που σχηματίζουν διπλή ετεροσύνδεση. Τα χαρακτηριστικά του είναι: μικρό μέγεθος, υψηλή απόδοση σύζευξης, γρήγορη ταχύτητα απόκρισης, μήκος κύματος και μέγεθος που ταιριάζει με το μέγεθος της οπτικής ίνας, μπορεί να διαμορφωθεί άμεσα, καλή συνοχή.
Έξι, μερικές από τις κύριες κατευθύνσεις εφαρμογής του λέιζερ
ΣΤ. Επικοινωνία με λέιζερ
Η χρήση φωτός για τη μετάδοση πληροφοριών είναι πολύ συνηθισμένη σήμερα. Για παράδειγμα, τα πλοία χρησιμοποιούν φώτα για να επικοινωνούν και τα φανάρια χρησιμοποιούν κόκκινο, κίτρινο και πράσινο. Αλλά όλοι αυτοί οι τρόποι μετάδοσης πληροφοριών με χρήση συνηθισμένου φωτός μπορούν να περιοριστούν μόνο σε μικρές αποστάσεις. Εάν θέλετε να μεταδώσετε πληροφορίες απευθείας σε μακρινά μέρη μέσω του φωτός, δεν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το συνηθισμένο φως, αλλά να χρησιμοποιήσετε μόνο λέιζερ.
Πώς λοιπόν παραδίδετε το λέιζερ; Γνωρίζουμε ότι η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να μεταφερθεί κατά μήκος των χάλκινων καλωδίων, αλλά το φως δεν μπορεί να μεταφερθεί κατά μήκος των συνηθισμένων μεταλλικών καλωδίων. Για το σκοπό αυτό, οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει ένα νήμα που μπορεί να μεταδώσει φως, που ονομάζεται οπτική ίνα, που αναφέρεται ως ίνα. Η οπτική ίνα είναι κατασκευασμένη από ειδικά υλικά γυαλιού, η διάμετρος είναι πιο λεπτή από μια ανθρώπινη τρίχα, συνήθως 50 έως 150 μικρά και πολύ μαλακή.
Στην πραγματικότητα, ο εσωτερικός πυρήνας της ίνας είναι ένας υψηλός δείκτης διάθλασης από διαφανές οπτικό γυαλί και η εξωτερική επίστρωση είναι κατασκευασμένη από γυαλί ή πλαστικό χαμηλού δείκτη διάθλασης. Μια τέτοια δομή, από τη μια πλευρά, μπορεί να κάνει το φως να διαθλάται κατά μήκος του εσωτερικού πυρήνα, όπως το νερό που ρέει προς τα εμπρός στο σωλήνα νερού, η ηλεκτρική ενέργεια να μεταδίδεται προς τα εμπρός στο καλώδιο, ακόμα κι αν χιλιάδες περιστροφές και στροφές δεν έχουν κανένα αποτέλεσμα. Από την άλλη πλευρά, η επίστρωση χαμηλού δείκτη διάθλασης μπορεί να αποτρέψει τη διαρροή φωτός, όπως ο σωλήνας νερού δεν διαρρέει και το μονωτικό στρώμα του σύρματος δεν μεταφέρει ηλεκτρισμό.
Η εμφάνιση της οπτικής ίνας λύνει τον τρόπο μετάδοσης του φωτός, αλλά δεν σημαίνει ότι με αυτήν μπορεί να μεταδοθεί οποιοδήποτε φως σε πολύ μακριά. Μόνο υψηλή φωτεινότητα, καθαρό χρώμα, καλό κατευθυντικό λέιζερ, είναι η πιο ιδανική πηγή φωτός για τη μετάδοση πληροφοριών, εισέρχεται από το ένα άκρο της ίνας, σχεδόν καμία απώλεια και έξοδος από το άλλο άκρο. Ως εκ τούτου, η οπτική επικοινωνία είναι ουσιαστικά επικοινωνία με λέιζερ, η οποία έχει τα πλεονεκτήματα της μεγάλης χωρητικότητας, της υψηλής ποιότητας, της ευρείας πηγής υλικών, της ισχυρής εμπιστευτικότητας, της ανθεκτικότητας κ.λπ., και χαιρετίζεται από τους επιστήμονες ως επανάσταση στον τομέα της επικοινωνίας και είναι ένα από τα πιο λαμπρά επιτεύγματα στην τεχνολογική επανάσταση.
Ώρα δημοσίευσης: Ιουν-29-2023