Лазер — гэта працэс і прылада для генерацыі калімаваных, манахраматычных, кагерэнтных светлавых пучкоў шляхам узмацнення стымуляванага выпраменьвання і неабходнай зваротнай сувязі. У асноўным, для генерацыі лазера патрэбныя тры элементы: «рэзанатар», «асяроддзе ўзмацнення» і «крыніца накачкі».
А. Прынцып
Стан руху атама можна падзяліць на розныя энергетычныя ўзроўні, і калі атам пераходзіць з высокага энергетычнага ўзроўню на нізкі, ён вызваляе фатоны адпаведнай энергіі (так званае спантаннае выпраменьванне). Падобным чынам, калі фатон падае на сістэму энергетычных узроўняў і паглынаецца ёю, гэта прыводзіць да пераходу атама з нізкага энергетычнага ўзроўню на высокі (так званае ўзбуджанае паглынанне); затым некаторыя атамы, якія пераходзяць на больш высокія энергетычныя ўзроўні, пераходзяць на больш нізкія энергетычныя ўзроўні і выпраменьваюць фатоны (так званае вымушанае выпраменьванне). Гэтыя рухі адбываюцца не ізалявана, а часта паралельна. Калі мы ствараем умовы, напрыклад, выкарыстоўваючы адпаведнае асяроддзе, рэзанатар, дастаткова знешняга электрычнага поля, вымушанае выпраменьванне ўзмацняецца такім чынам, што больш, чым вымушанае паглынанне, тады ў цэлым будуць выпраменьвацца фатоны, што прывядзе да лазернага святла.
Б. Класіфікацыя
У залежнасці ад асяроддзя, якое выпрацоўвае лазер, лазеры можна падзяліць на вадкасныя лазеры, газавыя лазеры і цвёрдацельныя лазеры. У цяперашні час найбольш распаўсюджаным паўправадніковым лазерам з'яўляецца цвёрдацельны лазер.
Склад
Большасць лазераў складаецца з трох частак: сістэмы ўзбуджэння, лазернага матэрыялу і аптычнага рэзанатара. Сістэмы ўзбуджэння - гэта прылады, якія вырабляюць святло, электрычную або хімічную энергію. У цяперашні час асноўнымі сродкамі стымулявання з'яўляюцца святло, электрычнасць або хімічная рэакцыя. Лазерныя рэчывы - гэта рэчывы, якія могуць вырабляць лазернае святло, такія як рубіны, берыліевае шкло, неон, паўправаднікі, арганічныя фарбавальнікі і г.д. Роля аптычнага рэзананснага кіравання заключаецца ў павышэнні яркасці выходнага лазера, рэгуляванні і выбары даўжыні хвалі і кірунку лазера.
D. Ужыванне
Лазер шырока выкарыстоўваецца, у асноўным для валаконнай сувязі, лазернай далямерацыі, лазернай рэзкі, лазернай зброі, лазерных дыскаў і гэтак далей.
E. Гісторыя
У 1958 годзе амерыканскія навукоўцы Сяолуо і Таўнс адкрылі чароўную з'яву: калі яны накіравалі святло, якое выпраменьвае ўнутраная лямпачка, на крышталь рэдказямельнага металу, малекулы крышталя пачалі выпраменьваць яркае, заўсёды разам моцнае святло. Згодна з гэтай з'явай, яны прапанавалі «прынцып лазера», гэта значыць, калі рэчыва ўзбуджаецца такой жа энергіяй, як і ўласная частата ваганняў яго малекул, яно будзе ствараць гэта моцнае святло, якое не разыходзіцца — лазер. Яны знайшлі важныя працы па гэтай тэме.
Пасля публікацыі вынікаў даследаванняў Скіёлы і Таўнса навукоўцы з розных краін прапанавалі розныя эксперыментальныя схемы, але яны не ўвянчаліся поспехам. 15 мая 1960 года Мэйман, навуковец з лабараторыі Х'юза ў Каліфорніі, абвясціў, што атрымаў лазер з даўжынёй хвалі 0,6943 мікрона, які стаў першым лазерам, калі-небудзь атрыманым чалавекам, і такім чынам Мэйман стаў першым навукоўцам у свеце, які ўкараніў лазеры ў практычную сферу.
7 ліпеня 1960 года Мэйман абвясціў пра нараджэнне першага ў свеце лазера. Схема Мэймана заключалася ў выкарыстанні высокаінтэнсіўнай імпульснай трубкі для стымуляцыі атамаў хрому ў крышталі рубіну, тым самым ствараючы вельмі канцэнтраваны тонкі слуп чырвонага святла, які пры ўздзеянні ў пэўны момант можа дасягнуць тэмпературы вышэйшай за паверхню Сонца.
Савецкі вучоны Г.Г. Басаў вынайшаў паўправадніковы лазер у 1960 годзе. Структура паўправадніковага лазера звычайна складаецца з P-слоя, N-слоя і актыўнага слоя, якія ўтвараюць двайны гетэрапераход. Яго характарыстыкі: малы памер, высокая эфектыўнасць сувязі, высокая хуткасць водгуку, даўжыня хвалі і памер адпавядаюць памеру аптычнага валакна, магчымасць непасрэднай мадуляцыі, добрая кагерэнтнасць.
Шэсць, некаторыя з асноўных напрамкаў прымянення лазера
F. Лазерная сувязь
Выкарыстанне святла для перадачы інфармацыі сёння вельмі распаўсюджана. Напрыклад, караблі выкарыстоўваюць агні для сувязі, а святлафоры выкарыстоўваюць чырвоны, жоўты і зялёны колеры. Але ўсе гэтыя спосабы перадачы інфармацыі з дапамогай звычайнага святла могуць быць абмежаваныя толькі кароткімі адлегласцямі. Калі вы хочаце перадаваць інфармацыю непасрэдна ў аддаленыя месцы з дапамогай святла, вы не можаце выкарыстоўваць звычайнае святло, а толькі лазеры.
Дык як жа падаваць лазер? Мы ведаем, што электрычнасць можа перадавацца па медных правадах, але святло не можа перадавацца па звычайных металічных правадах. Для гэтага навукоўцы распрацавалі нітку, якая можа перадаваць святло, якая называецца аптычным валакном. Аптычнае валакно выраблена са спецыяльных шкляных матэрыялаў, дыяметр якога танчэйшы за чалавечы валасяны полаг, звычайна ад 50 да 150 мікрон, і яно вельмі мяккае.
Фактычна, унутраная аснова валакна складаецца з празрыстага аптычнага шкла з высокім паказчыкам праламлення, а вонкавае пакрыццё — са шкла або пластыка з нізкім паказчыкам праламлення. Такая структура, з аднаго боку, можа прымусіць святло праламляцца ўздоўж унутранай асновы, гэтак жа, як вада цячэ па вадаправоднай трубе, а электрычнасць перадаецца па дроце, нават калі тысячы паваротаў і віткоў не маюць ніякага эфекту. З іншага боку, пакрыццё з нізкім паказчыкам праламлення можа прадухіліць уцечку святла, гэтак жа як вадаправодная труба не прасочваецца, а ізаляцыйны пласт дрота не праводзіць электрычнасць.
З'яўленне аптычнага валакна вырашае пытанне перадачы святла, але гэта не азначае, што з яго дапамогай любое святло можа перадавацца на вельмі вялікія адлегласці. Толькі высокая яркасць, чысты колер, добра накіраваны лазер з'яўляецца найбольш ідэальнай крыніцай святла для перадачы інфармацыі, ён паступае з аднаго канца валакна, практычна не мае страт і выходзіць з другога канца. Такім чынам, аптычная сувязь, па сутнасці, з'яўляецца лазернай сувяззю, якая мае такія перавагі, як вялікая ёмістасць, высокая якасць, шырокая крыніца матэрыялаў, высокая канфідэнцыяльнасць, даўгавечнасць і г.д., і навукоўцы абвясцілі яе рэвалюцыяй у галіне сувязі і адным з самых бліскучых дасягненняў тэхналагічнай рэвалюцыі.
Час публікацыі: 29 чэрвеня 2023 г.