Laser merujuk kepada proses dan instrumen penjanaan pancaran cahaya kolimat, monokromatik dan koheren melalui penguatan sinaran yang dirangsang dan maklum balas yang diperlukan. Pada asasnya, penjanaan laser memerlukan tiga elemen: "resonator," "medium gandaan," dan "sumber pengepaman."
A. Prinsip
Keadaan gerakan atom boleh dibahagikan kepada aras tenaga yang berbeza, dan apabila atom beralih daripada aras tenaga yang tinggi ke aras tenaga yang rendah, ia melepaskan foton dengan tenaga yang sepadan (yang dipanggil sinaran spontan). Begitu juga, apabila foton tiba pada sistem aras tenaga dan diserap olehnya, ia akan menyebabkan atom beralih daripada aras tenaga yang rendah ke aras tenaga yang tinggi (yang dipanggil penyerapan teruja); Kemudian, sebahagian daripada atom yang beralih kepada aras tenaga yang lebih tinggi akan beralih kepada aras tenaga yang lebih rendah dan memancarkan foton (yang dipanggil sinaran terangsang). Pergerakan ini tidak berlaku secara berasingan, tetapi selalunya secara selari. Apabila kita mewujudkan keadaan, seperti menggunakan medium yang sesuai, resonator, medan elektrik luaran yang mencukupi, sinaran terangsang dikuatkan supaya lebih daripada penyerapan terangsang, maka secara amnya, akan terdapat foton yang dipancarkan, menghasilkan cahaya laser.
B. Pengelasan
Mengikut medium yang menghasilkan laser, laser boleh dibahagikan kepada laser cecair, laser gas dan laser pepejal. Kini, laser semikonduktor yang paling biasa ialah sejenis laser keadaan pepejal.
C. Komposisi
Kebanyakan laser terdiri daripada tiga bahagian: sistem pengujaan, bahan laser dan resonator optik. Sistem pengujaan ialah peranti yang menghasilkan tenaga cahaya, elektrik atau kimia. Pada masa ini, cara insentif utama yang digunakan ialah cahaya, elektrik atau tindak balas kimia. Bahan laser ialah bahan yang boleh menghasilkan cahaya laser, seperti delima, kaca berilium, gas neon, semikonduktor, pewarna organik, dan sebagainya. Peranan kawalan resonans optik adalah untuk meningkatkan kecerahan laser output, melaraskan dan memilih panjang gelombang dan arah laser.
D. Permohonan
Laser digunakan secara meluas, terutamanya komunikasi gentian, pengisaran laser, pemotongan laser, senjata laser, cakera laser dan sebagainya.
E. Sejarah
Pada tahun 1958, saintis Amerika Xiaoluo dan Townes menemui satu fenomena ajaib: apabila mereka meletakkan cahaya yang dipancarkan oleh mentol lampu dalaman pada kristal nadir bumi, molekul kristal akan memancarkan cahaya yang terang dan sentiasa kuat. Mengikut fenomena ini, mereka mencadangkan "prinsip laser", iaitu, apabila bahan tersebut teruja dengan tenaga yang sama seperti frekuensi ayunan semula jadi molekulnya, ia akan menghasilkan cahaya kuat yang tidak menyimpang - laser. Mereka menemui kertas kerja penting untuk ini.
Selepas penerbitan hasil penyelidikan Sciolo dan Townes, saintis dari pelbagai negara mencadangkan pelbagai skim eksperimen, tetapi ia tidak berjaya. Pada 15 Mei 1960, Mayman, seorang saintis di Makmal Hughes di California, mengumumkan bahawa beliau telah memperoleh laser dengan panjang gelombang 0.6943 mikron, yang merupakan laser pertama yang pernah diperoleh oleh manusia, dan dengan itu Mayman menjadi saintis pertama di dunia yang memperkenalkan laser ke dalam bidang praktikal.
Pada 7 Julai 1960, Mayman mengumumkan kelahiran laser pertama di dunia, skema Mayman adalah menggunakan tiub kilat berintensiti tinggi untuk merangsang atom kromium dalam kristal delima, sekali gus menghasilkan lajur cahaya merah nipis yang sangat pekat, apabila ia ditembak pada titik tertentu, ia boleh mencapai suhu yang lebih tinggi daripada permukaan matahari.
Saintis Soviet H.Γ Basov mencipta laser semikonduktor pada tahun 1960. Struktur laser semikonduktor biasanya terdiri daripada lapisan P, lapisan N dan lapisan aktif yang membentuk heterojunction berganda. Ciri-cirinya ialah: saiz kecil, kecekapan gandingan yang tinggi, kelajuan tindak balas yang pantas, panjang gelombang dan saiz yang sesuai dengan saiz gentian optik, boleh dimodulasi secara langsung, koheren yang baik.
Enam, beberapa arahan aplikasi utama laser
F. Komunikasi laser
Penggunaan cahaya untuk menghantar maklumat adalah perkara biasa pada masa kini. Contohnya, kapal menggunakan lampu untuk berkomunikasi, dan lampu isyarat menggunakan warna merah, kuning, dan hijau. Tetapi semua cara penghantaran maklumat menggunakan cahaya biasa ini hanya boleh dihadkan kepada jarak dekat. Jika anda ingin menghantar maklumat terus ke tempat yang jauh melalui cahaya, anda tidak boleh menggunakan cahaya biasa, tetapi hanya menggunakan laser.
Jadi bagaimana anda menghantar laser? Kita tahu bahawa elektrik boleh dibawa melalui wayar kuprum, tetapi cahaya tidak boleh dibawa melalui wayar logam biasa. Untuk tujuan ini, saintis telah membangunkan filamen yang boleh menghantar cahaya, yang dipanggil gentian optik, yang dirujuk sebagai gentian. Gentian optik diperbuat daripada bahan kaca khas, diameternya lebih nipis daripada sehelai rambut manusia, biasanya 50 hingga 150 mikron, dan sangat lembut.
Malah, teras dalam gentian itu mempunyai indeks biasan tinggi bagi kaca optik lutsinar, dan lapisan luarnya diperbuat daripada kaca atau plastik dengan indeks biasan rendah. Struktur sedemikian, di satu pihak, boleh menyebabkan cahaya dibiaskan di sepanjang teras dalam, sama seperti air yang mengalir ke hadapan dalam paip air, elektrik yang dihantar ke hadapan dalam dawai, walaupun beribu-ribu pusingan tidak memberi kesan. Sebaliknya, lapisan indeks biasan rendah boleh menghalang cahaya daripada bocor keluar, sama seperti paip air tidak meresap dan lapisan penebat dawai tidak mengalirkan elektrik.
Kemunculan gentian optik menyelesaikan cara penghantaran cahaya, tetapi ini tidak bermakna bahawa dengannya, sebarang cahaya boleh dihantar ke tempat yang sangat jauh. Hanya kecerahan tinggi, warna tulen, laser berarah yang baik, adalah sumber cahaya yang paling ideal untuk menghantar maklumat, ia dimasukkan dari satu hujung gentian, hampir tiada kehilangan dan output dari hujung yang lain. Oleh itu, komunikasi optik pada asasnya adalah komunikasi laser, yang mempunyai kelebihan kapasiti besar, berkualiti tinggi, sumber bahan yang luas, kerahsiaan yang kukuh, ketahanan, dan sebagainya, dan dipuji oleh saintis sebagai revolusi dalam bidang komunikasi, dan merupakan salah satu pencapaian paling cemerlang dalam revolusi teknologi.
Masa siaran: 29 Jun 2023