A lézer a kollimált, monokromatikus, koherens fénysugarak gerjesztett sugárzáserősítés és a szükséges visszacsatolás útján történő előállításának folyamatára és eszközére utal. A lézergeneráláshoz alapvetően három elemre van szükség: egy „rezonátorra”, egy „erősítő közegre” és egy „pumpáló forrásra”.
A. Alapelv
Egy atom mozgásállapota különböző energiaszintekre osztható, és amikor az atom egy magas energiaszintről egy alacsony energiaszintre vált át, a megfelelő energiájú fotonokat bocsát ki (úgynevezett spontán sugárzás). Hasonlóképpen, amikor egy foton egy energiaszintű rendszerre esik, és az elnyeli, az az atom alacsony energiaszintről magas energiaszintre való átmenetét okozza (úgynevezett gerjesztett abszorpció); Ezután a magasabb energiaszintre átmenő atomok egy része alacsonyabb energiaszintre lép át, és fotonokat bocsát ki (úgynevezett stimulált sugárzás). Ezek a mozgások nem elszigetelten, hanem gyakran párhuzamosan történnek. Amikor megteremtjük a feltételeket, például a megfelelő közeg, rezonátor, elegendő külső elektromos mező használatával, a stimulált sugárzás felerősödik, így több, mint a stimulált abszorpció, akkor általában fotonok fognak kibocsátani, ami lézerfényt eredményez.
B. Osztályozás
A lézert létrehozó közeg szerint a lézer folyadéklézerre, gázlézerre és szilárd halmazállapotú lézerre osztható. Napjainkban a félvezető lézerek közül a leggyakoribbak a szilárdtest lézerek.
C. Összetétel
A legtöbb lézer három részből áll: gerjesztőrendszerből, lézeranyagból és optikai rezonátorból. A gerjesztőrendszerek olyan eszközök, amelyek fényt, elektromos vagy kémiai energiát állítanak elő. Jelenleg a főként fényt, elektromosságot vagy kémiai reakciót alkalmazó gerjesztőeszközök a fény, az elektromosság vagy a kémiai reakció. A lézeranyagok olyan anyagok, amelyek lézerfényt képesek előállítani, például rubinok, berilliumüveg, neongáz, félvezetők, szerves festékek stb. Az optikai rezonancia szabályozásának szerepe a kimenő lézer fényerejének növelése, a lézer hullámhosszának és irányának beállítása és kiválasztása.
D. Alkalmazás
A lézert széles körben használják, főként optikai szálas kommunikációban, lézeres távolságméréshez, lézervágáshoz, lézerfegyverekhez, lézertárcsákhoz és így tovább.
E. Történelem
1958-ban Xiaoluo és Townes amerikai tudósok felfedeztek egy varázslatos jelenséget: amikor a belső villanykörte által kibocsátott fényt egy ritkaföldfém kristályra helyezték, a kristály molekulái erős, mindig együtt lévő erős fényt bocsátottak ki. E jelenség alapján javasolták a „lézer-elvet”, vagyis amikor az anyagot a molekuláinak természetes rezgési frekvenciájával megegyező energiával gerjesztik, akkor egy erős, nem divergáló fényt – lézert – bocsát ki. Fontos tanulmányokat találtak erről.
Sciolo és Townes kutatási eredményeinek publikálása után különböző országok tudósai különféle kísérleti terveket javasoltak, de ezek nem jártak sikerrel. 1960. május 15-én Mayman, a kaliforniai Hughes Laboratórium tudósa bejelentette, hogy 0,6943 mikron hullámhosszú lézert talált, amely az első olyan lézer volt, amelyet valaha ember szerzett, és Mayman így a világ első tudósa lett, aki bevezette a lézereket a gyakorlatba.
1960. július 7-én Mayman bejelentette a világ első lézerének megszületését. Mayman terve az volt, hogy egy nagy intenzitású villanócsövet használ a rubinkristály krómatomjainak stimulálására, így egy nagyon koncentrált, vékony vörös fényoszlopot hozva létre, amelyet egy bizonyos ponton belőve magasabb hőmérsékletet érhet el, mint a Nap felszíne.
A félvezető lézert H.G. Basov szovjet tudós találta fel 1960-ban. A félvezető lézer szerkezete általában P rétegből, N rétegből és aktív rétegből áll, amelyek kettős heteroátmenetet alkotnak. Jellemzői: kis méret, magas csatolási hatékonyság, gyors válaszidő, hullámhossz és méret illeszkedik az optikai szál méretéhez, közvetlenül modulálható, jó koherencia.
Hat, a lézer néhány fő alkalmazási iránya
F. Lézerkommunikáció
A fény használata az információátvitelhez manapság nagyon elterjedt. Például a hajók fényeket használnak a kommunikációhoz, a közlekedési lámpák pedig piros, sárga és zöld színeket. De az információátvitel mindezen módjai a hagyományos fénnyel csak rövid távolságokra korlátozódnak. Ha közvetlenül távoli helyekre szeretnénk információt továbbítani fény segítségével, nem használhatunk hagyományos fényt, hanem csak lézereket.
Szóval, hogyan kell lézert juttatni? Tudjuk, hogy az elektromosság rézhuzalokon keresztül is továbbítható, de a fény nem továbbítható hagyományos fémhuzalokon. Ennek érdekében a tudósok kifejlesztettek egy fényt áteresztő izzószálat, az úgynevezett optikai szálat. Az optikai szál speciális üveganyagokból készül, átmérője vékonyabb, mint egy emberi hajszál, általában 50-150 mikron, és nagyon puha.
Valójában a szál belső magja nagy törésmutatójú átlátszó optikai üveg, a külső bevonat pedig alacsony törésmutatójú üvegből vagy műanyagból készül. Egy ilyen szerkezet egyrészt a fényt a belső mag mentén megtörheti, akárcsak a vízvezetékben előrefolyó víz, az elektromosságot pedig a vezetékben továbbítja, még akkor is, ha ezernyi csavarásnak és fordulatnak nincs hatása. Másrészt az alacsony törésmutatójú bevonat megakadályozhatja a fény kiszivárgását, ahogyan a vízvezeték sem szivárog, és a vezeték szigetelőrétege sem vezeti az elektromosságot.
Az optikai szál megjelenése megoldja a fény továbbításának módját, de ez nem jelenti azt, hogy bármilyen fényt nagyon messzire el lehet juttatni vele. Csak a nagy fényerejű, tiszta színű, jó irányítottságú lézer a legideálisabb fényforrás az információ továbbítására, a bemenet a szál egyik végéről történik, szinte nincs veszteség, a kimenet pedig a másik végéről. Ezért az optikai kommunikáció lényegében lézerkommunikáció, amelynek előnyei a nagy kapacitás, a kiváló minőség, a széles anyagforrás, a szigorú titoktartás, a tartósság stb., és amelyet a tudósok forradalmasnak tartanak a kommunikáció területén, és a technológiai forradalom egyik legbriliánsabb vívmánya.
Közzététel ideje: 2023. június 29.