Lāzers ir process un instruments, kas ģenerē kolimētus, monohromatiskus, koherentus gaismas starus, izmantojot stimulēta starojuma pastiprināšanu un nepieciešamo atgriezenisko saiti. Būtībā lāzera ģenerēšanai ir nepieciešami trīs elementi: “rezonators”, “pastiprināšanas vide” un “sūknēšanas avots”.
A. Princips
Atoma kustības stāvokli var iedalīt dažādos enerģijas līmeņos, un, kad atoms pāriet no augsta enerģijas līmeņa uz zemu enerģijas līmeni, tas atbrīvo atbilstošas enerģijas fotonus (tā saukto spontāno starojumu). Līdzīgi, kad fotons nonāk enerģijas līmeņu sistēmā un tiek absorbēts, tas izraisa atoma pāreju no zema enerģijas līmeņa uz augstu enerģijas līmeni (tā saukto ierosināto absorbciju); Pēc tam daži no atomiem, kas pāriet uz augstākiem enerģijas līmeņiem, pāries uz zemākiem enerģijas līmeņiem un izstaros fotonus (tā saukto stimulēto starojumu). Šīs kustības nenotiek izolēti, bet bieži vien paralēli. Kad mēs radām apstākļus, piemēram, izmantojot atbilstošu vidi, rezonatoru, pietiekamu ārējo elektrisko lauku, stimulētais starojums tiek pastiprināts tā, ka vairāk nekā stimulētā absorbcija, tad kopumā tiks izstaroti fotoni, kā rezultātā rodas lāzera gaisma.
B. Klasifikācija
Atkarībā no vides, kas rada lāzeru, lāzeru var iedalīt šķidrā lāzerā, gāzes lāzerā un cietā lāzerā. Pašlaik visizplatītākais pusvadītāju lāzers ir cietvielu lāzera veids.
C. Sastāvs
Lielākā daļa lāzeru sastāv no trim daļām: ierosmes sistēmas, lāzera materiāla un optiskā rezonatora. Ierosmes sistēmas ir ierīces, kas rada gaismu, elektrisko vai ķīmisko enerģiju. Pašlaik galvenie izmantotie stimulēšanas līdzekļi ir gaisma, elektrība vai ķīmiskā reakcija. Lāzeru vielas ir vielas, kas var radīt lāzera gaismu, piemēram, rubīni, berilija stikls, neona gāze, pusvadītāji, organiskās krāsvielas utt. Optiskās rezonanses vadības uzdevums ir uzlabot izejas lāzera spilgtumu, pielāgot un izvēlēties lāzera viļņa garumu un virzienu.
D. Pieteikums
Lāzers tiek plaši izmantots, galvenokārt šķiedru sakaros, lāzera diapazona mērīšanā, lāzergriešanas darbos, lāzera ieročos, lāzera diskos un tā tālāk.
E. Vēsture
1958. gadā amerikāņu zinātnieki Sjaoluo un Taunss atklāja maģisku parādību: kad viņi uz retzemju kristāla novietoja iekšējās spuldzes izstaroto gaismu, kristāla molekulas izstaroja spilgtu, vienmēr kopā esošu spēcīgu gaismu. Saskaņā ar šo parādību viņi ierosināja "lāzera principu", tas ir, kad viela tiek ierosināta ar tādu pašu enerģiju kā tās molekulu dabiskā svārstību frekvence, tā rada spēcīgu gaismu, kas neatšķiras – lāzeru. Viņi atrada svarīgus rakstus par šo tēmu.
Pēc Siolo un Taunsa pētījumu rezultātu publicēšanas zinātnieki no dažādām valstīm ierosināja dažādas eksperimentālas shēmas, taču tās nebija veiksmīgas. 1960. gada 15. maijā Meimans, Hjūza laboratorijas zinātnieks Kalifornijā, paziņoja, ka ir ieguvis lāzeru ar viļņa garumu 0,6943 mikroni, kas bija pirmais lāzers, ko jebkad ieguvuši cilvēki, un tādējādi Meimans kļuva par pirmo zinātnieku pasaulē, kurš ieviesa lāzerus praktiskajā jomā.
1960. gada 7. jūlijā Meimans paziņoja par pasaulē pirmā lāzera dzimšanu. Meimana shēma ir izmantot augstas intensitātes zibspuldzes lampu, lai stimulētu hroma atomus rubīna kristālā, tādējādi radot ļoti koncentrētu plānu sarkanas gaismas kolonnu, kas, iedarbinot to noteiktā punktā, var sasniegt temperatūru, kas ir augstāka par Saules virsmas temperatūru.
Padomju zinātnieks H.G. Basovs 1960. gadā izgudroja pusvadītāju lāzeru. Pusvadītāju lāzera struktūra parasti sastāv no P slāņa, N slāņa un aktīvā slāņa, kas veido dubultu heterosavienojumu. Tā īpašības ir: mazs izmērs, augsta savienojuma efektivitāte, ātrs reaģēšanas ātrums, viļņa garuma un izmēra atbilstība optiskās šķiedras izmēram, tiešas modulācijas iespēja, laba koherence.
Sestkārt, daži no galvenajiem lāzera pielietojuma virzieniem
F. Lāzera sakari
Mūsdienās informācijas pārraidīšanai gaismas izmantošana ir ļoti izplatīta. Piemēram, kuģi saziņai izmanto gaismas, bet luksofori — sarkanu, dzeltenu un zaļu gaismu. Taču visi šie informācijas pārraidīšanas veidi, izmantojot parasto gaismu, ir piemēroti tikai nelieliem attālumiem. Ja vēlaties pārraidīt informāciju tieši uz tālām vietām, izmantojot gaismu, nevarat izmantot parasto gaismu, bet tikai lāzerus.
Tātad, kā jūs piegādājat lāzeru? Mēs zinām, ka elektrību var pārvadīt pa vara vadiem, bet gaismu nevar pārvadīt pa parastajiem metāla vadiem. Šim nolūkam zinātnieki ir izstrādājuši kvēldiegu, kas var pārvadīt gaismu, ko sauc par optisko šķiedru. Optiskā šķiedra ir izgatavota no īpašiem stikla materiāliem, to diametrs ir plānāks par cilvēka matu, parasti no 50 līdz 150 mikroniem, un tās ir ļoti mīkstas.
Patiesībā šķiedras iekšējais kodols ir izgatavots no caurspīdīga optiskā stikla ar augstu refrakcijas indeksu, bet ārējais pārklājums ir izgatavots no stikla vai plastmasas ar zemu refrakcijas indeksu. Šāda struktūra, no vienas puses, var likt gaismai lauzties gar iekšējo kodolu, tāpat kā ūdenim, kas plūst uz priekšu ūdensvadā, un elektrībai pārraidīties uz priekšu vadā, pat ja tūkstošiem pagriezienu un pagriezienu nav nekādas ietekmes. No otras puses, pārklājums ar zemu refrakcijas indeksu var novērst gaismas noplūdi, tāpat kā ūdensvads neiesūcas un vada izolācijas slānis nevada elektrību.
Optiskās šķiedras parādīšanās atrisina gaismas pārraides veidu, taču tas nenozīmē, ka ar to jebkuru gaismu var pārraidīt ļoti tālu. Tikai augsts spilgtums, tīra krāsa, labs virziena lāzers ir visideālākais gaismas avots informācijas pārraidīšanai, tā tiek ievadīta no viena šķiedras gala, gandrīz nav zudumu un tiek izvadīta no otra gala. Tāpēc optiskā komunikācija būtībā ir lāzera komunikācija, kurai ir tādas priekšrocības kā liela ietilpība, augsta kvalitāte, plašs materiālu avots, stingra konfidencialitāte, izturība utt., un zinātnieki to dēvē par revolūciju komunikācijas jomā un par vienu no spožākajiem sasniegumiem tehnoloģiskajā revolūcijā.
Publicēšanas laiks: 2023. gada 29. jūnijs