Лазер адносіцца да працэсу і інструмента генерацыі калімаваных, манахраматычных, кагерэнтных светлавых пучкоў праз стымуляванае ўзмацненне выпраменьвання і неабходную зваротную сувязь. У асноўным лазерная генерацыя патрабуе трох элементаў: «рэзанатара», «асяроддзя ўзмацнення» і «крыніцы 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 энергетычнага ўзроўню і паглынаецца ёю, гэта прывядзе да пераходу атама з нізкага энергетычнага ўзроўню на высокі (так званае ўзбуджанае паглынанне); Затым некаторыя атамы, якія пераходзяць на больш высокія энергетычныя ўзроўні, пяройдуць на больш нізкія энергетычныя ўзроўні і выпраменьваюць фатоны (так званае стымуляванае выпраменьванне). Гэтыя рухі адбываюцца не ізалявана, а часта паралельна. Калі мы ствараем умовы, напрыклад, выкарыстоўваем адпаведнае асяроддзе, рэзанатар, дастатковае знешняе электрычнае поле, стымуляванае выпраменьванне ўзмацняецца так, што больш, чым стымуляванае паглынанне, тады ўвогуле будуць выпраменьвацца фатоны, што прывядзе да лазернага святла.
B. Класіфікацыя
У залежнасці ад асяроддзя, якое вырабляе лазер, лазер можна падзяліць на вадкасны, газавы і цвёрдацельны. Цяпер найбольш распаўсюджаным паўправадніковым лазерам з'яўляецца разнавіднасць цвёрдацельнага лазера.
C. Кампазіцыя
Большасць лазераў складаецца з трох частак: сістэмы ўзбуджэння, лазернага матэрыялу і аптычнага рэзанатара. Сістэмы ўзбуджэння - гэта прылады, якія вырабляюць светлавую, 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 лалы, берыліевае шкло, газ неон, паўправаднікі, арганічныя фарбавальнікі і г. д. Роля кантролю аптычнага рэзанансу заключаецца ў павышэнні яркасці выхаднога лазера, рэгуляванні і выбары даўжыні хвалі і кірунку лазера.
D. Прымяненне
Шырока выкарыстоўваецца лазер, у асноўным валаконная сувязь, лазерная далёкасць, лазерная рэзка, лазерная зброя, лазерны дыск і гэтак далей.
Э. Гісторыя
У 1958 г. амерыканскія навукоўцы Сяолуо і Таўнс адкрылі чароўную з'яву: калі яны наносяць святло, выпраменьванае ўнутранай лямпачкай, на рэдказямельны крышталь, малекулы крышталя будуць выпраменьваць яркае, заўсёды разам моцнае святло. Згодна з гэтай з'явай, яны прапанавалі «прынцып лазера», гэта значыць, калі рэчыва ўзбуджаецца той жа энергіяй, што і ўласная частата ваганняў яго малекул, яно будзе вырабляць гэта моцнае святло, якое не разыходзіцца - лазер. Для гэтага знайшлі важныя паперы.
Пасля публікацыі вынікаў даследаванняў Скіола і Таунса навукоўцы з розных краін прапаноўвалі розныя схемы эксперыментаў, 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 мікрон, які стаў першым лазерам, калі-небудзь атрыманым людзьмі, і такім чынам Мэйман стаў першым навукоўцам у свеце увесці лазеры ў практычную сферу.
7 ліпеня 1960 года Мэйман абвясціў аб нараджэнні першага ў свеце лазера, схема Мэймана заключаецца ў выкарыстанні высокаінтэнсіўнай ўспышкі трубкі для стымуляцыі атамаў хрому ў крышталі рубіна, такім чынам ствараючы вельмі канцэнтраваны тонкі слуп чырвонага святла, калі ён запускаецца у пэўны момант яна можа дасягнуць тэмпературы вышэй, чым паверхня сонца.
Савецкі вучоны Х. Г. Басаў вынайшаў паўправадніковы лазер у 1960 годзе. Структура паўправадніковага лазера звычайна складаецца з P-слоя, N-слоя і актыўнага пласта, якія ўтвараюць двайны гетэрапераход. Яго характарыстыкі: невялікі памер, высокая эфектыўнасць сувязі, хуткая хуткасць водгуку, даўжыня хвалі і памер адпавядаюць памеру аптычнага валакна, можа быць непасрэдна мадуляваны, добрая кагерэнтнасць.
Шостае, некаторыя з асноўных напрамкаў прымянення лазера
Ф. Лазерная сувязь
Выкарыстанне святла для перадачы інфармацыі сёння вельмі распаўсюджана. Напрыклад, караблі выкарыстоўваюць святло для сувязі, а святлафоры - чырвоны, жоўты і зялёны. Але ўсе гэтыя спосабы перадачы інфармацыі з дапамогай звычайнага святла могуць быць абмежаваныя толькі невялікімі адлегласцямі. Калі вы хочаце перадаць інфармацыю непасрэдна ў далёкія месцы праз святло, вы можаце не выкарыстоўваць звычайнае святло, а выкарыстоўваць толькі лазеры.
Такім чынам, як даставіць лазер? Мы ведаем, што электрычнасць можа праходзіць па медных правадах, але святло не можа праходзіць па звычайных металічных правадах. З гэтай мэтай навукоўцы распрацавалі нітку, якая можа прапускаць святло, званую аптычным валакном, якое называюць валакном. Аптычнае валакно зроблена са спецыяльных шкляных матэрыялаў, дыяметр якіх танчэй чалавечага воласа, звычайна ад 50 да 150 мікрон, і вельмі мяккі.
Фактычна ўнутраны стрыжань валакна ўяўляе сабой празрыстае аптычнае шкло з высокім каэфіцыентам праламлення, а знешняе пакрыццё зроблена з нізкага каэфіцыента праламлення шкла або пластыка. Такая структура, з аднаго боку, можа прымусіць святло праламляцца ўздоўж унутранага стрыжня, падобна таму, як вада цячэ наперад у вадаправоднай трубе, электрычнасць перадаецца наперад па дроце, нават калі тысячы паваротаў не даюць ніякага эфекту. З іншага боку, пакрыццё з нізкім паказчыкам праламлення можа прадухіліць уцечку святла, падобна таму, як вадаправод не прасочваецца, а ізаляцыйны пласт провада не праводзіць электрычнасць.
З'яўленне аптычнага валакна вырашае шлях перадачы святла, але гэта не азначае, што з яго дапамогай любое святло можа быць перададзена вельмі далёка. Толькі высокая яркасць, чысты колер, добры накіраваны лазер з'яўляецца самай ідэальнай крыніцай святла для перадачы інфармацыі, яна паступае з аднаго канца валакна, амаль без страт і выводзіцца з іншага канца. Такім чынам, аптычная сувязь - гэта па сутнасці лазерная сувязь, якая мае такія перавагі, як вялікая ёмістасць, высокая якасць, шырокая крыніца матэрыялаў, моцная канфідэнцыяльнасць, даўгавечнасць і г.д., і вітаецца навукоўцамі як рэвалюцыя ў галіне сувязі, і з'яўляецца адным з самых бліскучых дасягненняў тэхналагічнай рэвалюцыі.
Час публікацыі: 29 чэрвеня 2023 г