A lézer az a folyamat és eszköz, amely kollimált, monokromatikus, koherens fénysugarat generál stimulált sugárzáserősítés és szükséges visszacsatolás révén. A lézergenerálás alapvetően három elemet igényel: egy „rezonátort”, egy „erősítő közeget” és egy „szivattyúzó forrást”.
A. Alapelv
Az atom mozgásállapota különböző energiaszintekre bontható, és amikor az atom magas energiaszintről alacsony energiaszintre vált át, megfelelő energiájú fotonokat bocsát ki (ún. spontán sugárzás). Hasonlóképpen, amikor egy foton beesik egy energiaszintű rendszerbe, és elnyeli, akkor az atomot alacsony energiaszintről magas energiaszintre váltja át (úgynevezett gerjesztett abszorpció); Ezután egyes atomok, amelyek magasabb energiaszintekre állnak át, alacsonyabb energiaszintekre váltanak át, és fotonokat bocsátanak ki (úgynevezett stimulált sugárzás). Ezek a mozgások nem elszigetelten, hanem gyakran párhuzamosan mennek végbe. Ha olyan feltételt teremtünk, mint például a megfelelő közeg, rezonátor, elegendő külső elektromos tér használata, akkor a stimulált sugárzás felerősödik, így a stimulált abszorpciónál nagyobb mértékben fotonokat bocsátanak ki, ami lézerfényt eredményez.
B. Osztályozás
A lézert előállító közeg szerint a lézer folyékony lézerre, gázlézerre és szilárd lézerre osztható. Manapság a legelterjedtebb félvezető lézer egyfajta szilárdtestlézer.
C. Összetétel
A legtöbb lézer három részből áll: gerjesztő rendszerből, lézeranyagból és optikai rezonátorból. A gerjesztő rendszerek olyan eszközök, amelyek fény-, elektromos vagy kémiai energiát állítanak elő. Jelenleg a fő ösztönző eszköz a fény, az elektromosság vagy a kémiai reakció. A lézeranyagok olyan anyagok, amelyek lézerfényt állítanak elő, mint például rubinok, berilliumüveg, neongáz, félvezetők, szerves színezékek stb. Az optikai rezonancia szabályozás szerepe a kimeneti lézer fényerejének növelése, a hullámhossz és irány beállítása és beállítása. a lézerről.
D. Alkalmazás
A lézert széles körben használják, elsősorban az üvegszálas kommunikációt, a lézeres távolságot, a lézervágást, a lézerfegyvereket, a lézerlemezeket és így tovább.
E. Történelem
1958-ban Xiaoluo és Townes amerikai tudósok egy varázslatos jelenséget fedeztek fel: amikor a belső izzó által kibocsátott fényt egy ritkaföldfém kristályra helyezik, a kristály molekulái fényes, mindig együtt erős fényt bocsátanak ki. E jelenség szerint javasolták a „lézer-elvet”, vagyis amikor az anyagot molekuláinak természetes rezgési frekvenciájával azonos energiával gerjesztik, akkor ezt az erős, nem divergáló fényt – lézert – állítják elő. Ehhez fontos papírokat találtak.
Sciolo és Townes kutatási eredményeinek publikálása után különböző országok tudósai különféle kísérleti sémákat javasoltak, de ezek nem jártak sikerrel. 1960. május 15-én Mayman, a kaliforniai Hughes Laboratory tudósa bejelentette, hogy szerzett egy 0,6943 mikron hullámhosszú lézert, amely az első ember által szerzett lézer, így Mayman lett a világ első tudósa. hogy a lézereket bevezessék a gyakorlati területre.
1960. július 7-én Mayman bejelentette a világ első lézerének megszületését, a Mayman sémája az, hogy nagy intenzitású villanócső segítségével stimulálja a króm atomjait egy rubinkristályban, így egy nagyon koncentrált vékony vörös fényoszlopot állít elő, amikor kilövi. egy bizonyos ponton a nap felszínénél magasabb hőmérsékletet is elérhet.
H.Γ Basov szovjet tudós 1960-ban találta fel a félvezető lézert. A félvezető lézer szerkezete általában P rétegből, N rétegből és aktív rétegből áll, amelyek kettős heterojunkciót alkotnak. Jellemzői: kis méret, nagy csatolási hatékonyság, gyors válaszadási sebesség, hullámhossz és méret illeszkedik az optikai szál méretéhez, közvetlenül modulálható, jó koherencia.
Hat, a lézer néhány fő alkalmazási iránya
F. Lézeres kommunikáció
Napjainkban nagyon elterjedt a fény használata információtovábbításra. Például a hajók lámpákat használnak a kommunikációhoz, a közlekedési lámpák pedig pirosat, sárgát és zöldet. De az információ továbbításának mindezen módjai a közönséges fény segítségével csak rövid távolságokra korlátozhatók. Ha közvetlenül szeretne információt továbbítani a fényen keresztül távoli helyekre, akkor nem használhat közönséges fényt, csak lézereket.
Szóval hogyan szállítod a lézert? Tudjuk, hogy az elektromosságot rézhuzalokon keresztül lehet vinni, de a fényt nem lehet közönséges fémhuzalokon. Ebből a célból a tudósok kifejlesztettek egy fényáteresztő szálat, az úgynevezett optikai szálat, amelyet szálnak neveznek. Az optikai szál speciális üveganyagokból készül, átmérője vékonyabb, mint egy emberi hajszál, általában 50-150 mikron, és nagyon puha.
Valójában a szál belső magja magas törésmutatójú átlátszó optikai üvegből áll, a külső bevonat pedig alacsony törésmutatójú üvegből vagy műanyagból készül. Egy ilyen szerkezet egyrészt a belső mag mentén megtörheti a fényt, akárcsak a vízcsőben előre áramló vizet, a vezetékben előre továbbított elektromosságot, még akkor is, ha a több ezer fordulatnak nincs hatása. Másrészt az alacsony törésmutatójú bevonat megakadályozhatja a fény kiszivárgását, ahogy a vízcső sem szivárog, és a vezeték szigetelőrétege sem vezet áramot.
Az optikai szál megjelenése megoldja a fényáteresztés módját, de nem jelenti azt, hogy vele bármilyen fényt nagyon messzire is át lehetne vinni. Csak nagy fényerő, tiszta szín, jó irányított lézer, a legideálisabb fényforrás az információ továbbítására, a szál egyik végéről érkezik, szinte veszteség nélkül, a másik végéről pedig kimenet. Ezért az optikai kommunikáció alapvetően lézeres kommunikáció, amelynek előnyei a nagy kapacitás, a magas minőség, a széles anyagforrás, az erős titkosság, a tartósság stb., és amelyet a tudósok a kommunikáció területén forradalomként értékelnek a technológiai forradalom legragyogóbb vívmányai közül.
Feladás időpontja: 2023. június 29