Principio do láser e a súa aplicación

O láser refírese ao proceso e instrumento de xeración de 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 elevado 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 el, fará que o átomo pase dun nivel de enerxía baixo a un nivel de enerxía elevado (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 ocorren de forma illada, senón que moitas veces son paralelas.Cando creamos unha condición, como usar o medio apropiado, resonador, campo eléctrico externo suficiente, a radiación estimulada é amplificada para que máis que a absorción estimulada, entón, en xeral, haberá fotóns emitidos, o que resulta en luz láser.

B. Clasificación

Segundo o medio que produce o láser, o láser pódese dividir en láser líquido, láser de gas e láser sólido.Agora o láser semicondutor máis común é unha especie de láser de estado sólido.

C. Composición

A maioría dos láseres componse de 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 incentivo empregados son a luz, a electricidade ou a reacción química.As substancias láser son substancias que poden producir luz láser, como rubíes, vidro de berilio, gas neón, semicondutores, colorantes orgánicos, etc. O papel do control de 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 é amplamente utilizado, principalmente a comunicación por fibra, a distancia con láser, o corte con láser, as armas con láser, o disco láser, etc.

E. Historia

En 1958, os científicos estadounidenses Xiaoluo e Townes descubriron un fenómeno máxico: cando poñen a luz emitida pola lámpada interna nun cristal de terras raras, as moléculas do cristal emitirán unha luz brillante, sempre xunta.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, producirá esta luz forte que non diverxe: o láser.Atoparon papeis importantes para iso.

Despois da 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 en California, anunciou que obtivo un láser cunha lonxitude de onda de 0,6943 micras, que foi o primeiro láser obtido polos humanos, e Mayman converteuse así no primeiro científico do mundo. introducir os láseres no campo práctico.

O 7 de xullo de 1960, Mayman anunciou o nacemento do primeiro láser do mundo, o esquema de Mayman é utilizar un tubo de flash de alta intensidade para estimular os átomos de cromo nun cristal de rubí, producindo así unha columna de luz vermella moi concentrada, cando se dispara. nun punto determinado, pode alcanzar unha temperatura superior á superficie do sol.

O científico soviético H.Γ Basov inventou o láser de semicondutores en 1960. A estrutura do láser de semicondutores adoita estar composta por capas P, capa N e capa activa que forman dobre heteroxunción.As súas características son: tamaño pequeno, alta eficiencia de acoplamento, velocidade de resposta rápida, lonxitude de onda e tamaño axustado ao tamaño da fibra óptica, pódese modular directamente, boa coherencia.

Seis, algunhas das principais direccións de aplicación do láser

F. Comunicación láser

Usar 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 común só se poden limitar a distancias curtas.Se queres transmitir información directamente a lugares distantes a través da luz, non podes usar a luz común, senón só usar láseres.

Entón, como entregas o láser?Sabemos que a electricidade pode transportarse por fíos de cobre, pero a luz non se pode transportar por fíos metálicos comúns.Para iso, os científicos desenvolveron un filamento que pode transmitir luz, chamado fibra óptica, denominada fibra.A fibra óptica está feita de materiais de vidro especiais, o diámetro é máis fino que un cabelo humano, normalmente de 50 a 150 micras, e moi suave.

De feito, o núcleo interno da fibra é un alto índice de refracción de vidro óptico transparente e o revestimento exterior está feito de vidro ou plástico de baixo índice de refracción.Tal estrutura, por unha banda, pode facer que a luz se refracte ao longo do núcleo interno, do mesmo xeito que a auga que flúe cara adiante no tubo de auga, a electricidade transmitida cara adiante no fío, aínda que miles de voltas e voltas non teñan ningún efecto.Por outra banda, o revestimento de baixo índice de refracción pode evitar que a luz salga, do mesmo xeito que a tubaxe de auga non se filtra e a capa de illamento do fío non conduce a electricidade.

A aparición da fibra óptica resolve a forma de transmitir a luz, pero non significa que con ela se poida transmitir calquera luz a moi lonxe.Só alto brillo, cor pura, bo láser direccional, é a fonte de luz máis ideal para transmitir información, é entrada dun extremo da fibra, case ningunha perda e saída do 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 é unha dos logros máis brillantes da revolución tecnolóxica.