O termo láser refírese ao proceso e ao instrumento de xerar feixes de luz colimados, monocromáticos e coherentes mediante a amplificación da radiación estimulada e a retroalimentación necesaria. Basicamente, a xeración de láser require tres elementos: un "resonador", un "medio de ganancia" e unha "fonte de bombeo".
A. Principio
O estado de movemento dun átomo pódese dividir en diferentes niveis de enerxía, e cando o átomo pasa dun nivel de enerxía alto a un nivel de enerxía baixo, libera fotóns da enerxía correspondente (a chamada radiación espontánea). Do mesmo xeito, cando un fotón incide nun sistema de niveis de enerxía e é absorbido por este, provocará que o átomo pase dun nivel de enerxía baixo a un nivel de enerxía alto (a chamada absorción excitada); entón, algúns dos átomos que pasan a niveis de enerxía máis altos pasarán a niveis de enerxía máis baixos e emitirán fotóns (a chamada radiación estimulada). Estes movementos non se producen illadamente, senón a miúdo en paralelo. Cando creamos unha condición, como usar o medio axeitado, un resonador, con suficiente campo eléctrico externo, a radiación estimulada amplifícase de xeito que máis que a absorción estimulada, entón en xeral, emitiranse fotóns, o que resultará en luz láser.
B. Clasificación
Segundo o medio que produce o láser, este pódese dividir en láser líquido, láser de gas e láser sólido. Na actualidade, o láser semicondutor máis común é un tipo de láser de estado sólido.
C. Composición
A maioría dos láseres están compostos por tres partes: sistema de excitación, material láser e resonador óptico. Os sistemas de excitación son dispositivos que producen enerxía luminosa, eléctrica ou química. Na actualidade, os principais medios de incentivación empregados son a luz, a electricidade ou a reacción química. As substancias láser son substancias que poden producir luz láser, como rubís, vidro de berilio, gas neón, semicondutores, colorantes orgánicos, etc. A función do control da resonancia óptica é mellorar o brillo do láser de saída, axustar e seleccionar a lonxitude de onda e a dirección do láser.
D. Aplicación
O láser úsase amplamente, principalmente comunicación por fibra, medición de distancia por láser, corte por láser, armas láser, disco láser e así por diante.
E. Historia
En 1958, os científicos estadounidenses Xiaoluo e Townes descubriron un fenómeno máxico: ao poñer a luz emitida pola lámpada interna nun cristal de terras raras, as moléculas do cristal emiten unha luz brillante e sempre intensa. Segundo este fenómeno, propuxeron o "principio do láser", é dicir, cando a substancia é excitada pola mesma enerxía que a frecuencia de oscilación natural das súas moléculas, produce unha luz intensa que non diverxe: o láser. Atoparon artigos importantes para isto.
Tras a publicación dos resultados da investigación de Sciolo e Townes, científicos de varios países propuxeron varios esquemas experimentais, pero non tiveron éxito. O 15 de maio de 1960, Mayman, un científico do Laboratorio Hughes de California, anunciou que obtivera un láser cunha lonxitude de onda de 0,6943 micras, que foi o primeiro láser xamais obtido polos humanos, e Mayman converteuse así no primeiro científico do mundo en introducir os láseres no campo práctico.
O 7 de xullo de 1960, Mayman anunciou o nacemento do primeiro láser do mundo. O plan de Mayman consiste en usar un tubo de flash de alta intensidade para estimular átomos de cromo nun cristal de rubí, producindo así unha columna de luz vermella delgada moi concentrada que, cando se dispara nun certo punto, pode alcanzar unha temperatura superior á da superficie do sol.
O científico soviético H.Γ Basov inventou o láser semicondutor en 1960. A estrutura do láser semicondutor adoita estar composta por unha capa P, unha capa N e unha capa activa que forman unha dobre heteroxunción. As súas características son: tamaño pequeno, alta eficiencia de acoplamento, velocidade de resposta rápida, lonxitude de onda e tamaño que se axustan ao tamaño da fibra óptica, poden modularse directamente e boa coherencia.
Seis, algunhas das principais direccións de aplicación do láser
F. Comunicación láser
Empregar a luz para transmitir información é moi común hoxe en día. Por exemplo, os barcos usan luces para comunicarse e os semáforos usan vermello, amarelo e verde. Pero todas estas formas de transmitir información usando luz ordinaria só poden limitarse a distancias curtas. Se queres transmitir información directamente a lugares distantes a través da luz, non podes usar luz ordinaria, senón só láseres.
Entón, como se transmite o láser? Sabemos que a electricidade pode transportarse por cables de cobre, pero a luz non pode transportarse por cables metálicos ordinarios. Para iso, os científicos desenvolveron un filamento que pode transmitir luz, chamado fibra óptica. A fibra óptica está feita de materiais de vidro especiais, o diámetro é máis fino que o dun cabelo humano, normalmente de 50 a 150 micras, e moi suave.
De feito, o núcleo interno da fibra é un vidro óptico transparente de alto índice de refracción, e o revestimento exterior está feito de vidro ou plástico de baixo índice de refracción. Esta estrutura, por unha banda, pode facer que a luz se refracte ao longo do núcleo interno, igual que a auga que flúe cara adiante na tubaxe de auga, transmitindo a electricidade cara adiante no fío, mesmo se miles de xiros e voltas non teñen ningún efecto. Por outra banda, o revestimento de baixo índice de refracción pode evitar que a luz se filtre, do mesmo xeito que a tubaxe de auga non se filtra e a capa illante do fío non conduce a electricidade.
A aparición da fibra óptica resolve o xeito de transmitir a luz, pero iso non significa que con ela calquera luz poida transmitirse a moi lonxe. Só un alto brillo, unha cor pura e un bo láser direccional son a fonte de luz máis ideal para transmitir información, xa que se introduce por un extremo da fibra, case sen perdas e sae polo outro extremo. Polo tanto, a comunicación óptica é esencialmente comunicación láser, que ten as vantaxes de gran capacidade, alta calidade, ampla fonte de materiais, forte confidencialidade, durabilidade, etc., e é aclamada polos científicos como unha revolución no campo da comunicación e un dos logros máis brillantes da revolución tecnolóxica.
Data de publicación: 29 de xuño de 2023