Laser refererer til processen og instrumentet til at generere kollimerede, monokromatiske, kohærente lysstråler gennem stimuleret strålingsforstærkning og nødvendig feedback. Grundlæggende kræver lasergenerering tre elementer: en "resonator", et "forstærkningsmedium" og en "pumpekilde".
A. Princip
Et atoms bevægelsestilstand kan opdeles i forskellige energiniveauer, og når atomet overgår fra et højt energiniveau til et lavt energiniveau, frigiver det fotoner med tilsvarende energi (såkaldt spontan stråling). På samme måde, når en foton rammer et energiniveausystem og absorberes af det, vil det få atomet til at overgå fra et lavt energiniveau til et højt energiniveau (såkaldt exciteret absorption). Derefter vil nogle af de atomer, der overgår til højere energiniveauer, overgå til lavere energiniveauer og udsende fotoner (såkaldt stimuleret stråling). Disse bevægelser forekommer ikke isoleret, men ofte parallelt. Når vi skaber en tilstand, såsom at bruge det passende medium, resonator, tilstrækkeligt eksternt elektrisk felt, forstærkes den stimulerede stråling, så mere end den stimulerede absorption, vil der generelt blive udsendt fotoner, hvilket resulterer i laserlys.
B. Klassificering
Afhængigt af det medium, der producerer laseren, kan laseren opdeles i flydende lasere, gaslasere og faststoflasere. Den mest almindelige halvlederlaser er nu en type faststoflasere.
C. Sammensætning
De fleste lasere består af tre dele: et excitationssystem, et lasermateriale og en optisk resonator. Excitationssystemer er enheder, der producerer lys, elektrisk eller kemisk energi. I øjeblikket er de primære incitamentsmidler lys, elektricitet eller kemisk reaktion. Laserstoffer er stoffer, der kan producere laserlys, såsom rubiner, berylliumglas, neongas, halvledere, organiske farvestoffer osv. Den optiske resonanskontrols rolle er at forbedre lysstyrken af den udgående laser, justere og vælge laserens bølgelængde og retning.
D. Anvendelse
Laser bruges i vid udstrækning, primært fiberkommunikation, laserafstandsmåling, laserskæring, laservåben, laserskive og så videre.
E. Historie
I 1958 opdagede de amerikanske videnskabsmænd Xiaoluo og Townes et magisk fænomen: Når de placerer lyset fra den indre pære på en sjælden jordartskrystal, udsender krystallens molekyler et klart, altid stærkt lys. I henhold til dette fænomen foreslog de "laserprincippet", det vil sige, at når et stof exciteres af den samme energi som den naturlige oscillationsfrekvens for dets molekyler, producerer det dette stærke lys, der ikke divergerer – laser. De fandt vigtige artikler om dette.
Efter offentliggørelsen af Sciolo og Townes' forskningsresultater foreslog forskere fra forskellige lande forskellige eksperimentelle planer, men de var ikke succesfulde. Den 15. maj 1960 annoncerede Mayman, en videnskabsmand ved Hughes Laboratory i Californien, at han havde opnået en laser med en bølgelængde på 0,6943 mikron, hvilket var den første laser nogensinde opnået af mennesker, og Mayman blev dermed den første videnskabsmand i verden til at introducere lasere i det praktiske felt.
Den 7. juli 1960 annoncerede Mayman fødslen af verdens første laser. Maymans plan er at bruge et højintensitetsblitzrør til at stimulere kromatomer i en rubinkrystal og dermed producere en meget koncentreret tynd rød lyssøjle, der, når den affyres på et bestemt punkt, kan nå en temperatur, der er højere end solens overflade.
Den sovjetiske videnskabsmand H.Γ Basov opfandt halvlederlaseren i 1960. Halvlederlaserens struktur består normalt af et P-lag, et N-lag og et aktivt lag, der danner en dobbelt heterojunction. Dens egenskaber er: lille størrelse, høj koblingseffektivitet, hurtig responshastighed, bølgelængde og størrelse tilpasset den optiske fiberstørrelse, kan moduleres direkte og har god kohærens.
Seks, nogle af de vigtigste anvendelsesretninger for laser
F. Laserkommunikation
Det er meget almindeligt at bruge lys til at overføre information i dag. For eksempel bruger skibe lys til at kommunikere, og trafiklys bruger rød, gul og grøn. Men alle disse måder at overføre information på ved hjælp af almindeligt lys kan kun begrænses til korte afstande. Hvis du vil overføre information direkte til fjerne steder gennem lys, kan du ikke bruge almindeligt lys, men kun bruge lasere.
Så hvordan sender man laseren? Vi ved, at elektricitet kan føres langs kobbertråde, men lys kan ikke føres langs almindelige metaltråde. Til dette formål har forskere udviklet et filament, der kan transmittere lys, kaldet optisk fiber, også kendt som fiber. Optisk fiber er lavet af specielle glasmaterialer, diameteren er tyndere end et menneskehår, normalt 50 til 150 mikron, og meget blød.
Faktisk er fiberens indre kerne lavet af transparent optisk glas med højt brydningsindeks, og den ydre belægning er lavet af glas eller plast med lavt brydningsindeks. En sådan struktur kan på den ene side få lyset til at brydes langs den indre kerne, ligesom vand der strømmer fremad i vandrøret, og elektricitet der overføres fremad i ledningen, selvom tusindvis af drejninger og vendinger ikke har nogen effekt. På den anden side kan belægningen med lavt brydningsindeks forhindre lys i at sive ud, ligesom vandrøret ikke siver ud, og ledningens isoleringslag ikke leder strøm.
Udseendet af optiske fibre løser problemet med lystransmission, men det betyder ikke, at ethvert lys kan transmitteres meget langt væk med dem. Kun høj lysstyrke, ren farve og god retningsbestemt laser er den mest ideelle lyskilde til at transmittere information. Den er input fra den ene ende af fiberen, næsten uden tab, og output fra den anden ende. Derfor er optisk kommunikation i bund og grund laserkommunikation, som har fordelene ved stor kapacitet, høj kvalitet, bred materialekilde, stærk fortrolighed, holdbarhed osv., og den hyldes af forskere som en revolution inden for kommunikation og er en af de mest strålende præstationer i den teknologiske revolution.
Opslagstidspunkt: 29. juni 2023