Laser đề cập đến quá trình và dụng cụ tạo ra các chùm ánh sáng kết hợp, đơn sắc, kết hợp thông qua khuếch đại bức xạ được kích thích và phản hồi cần thiết. Về cơ bản, việc tạo ra laser yêu cầu ba yếu tố: một bộ cộng hưởng của người Hồi giáo, một phương tiện tăng cường, một nguồn bơm và một nguồn bơm.
A. Nguyên tắc
Trạng thái chuyển động của một nguyên tử có thể được chia thành các mức năng lượng khác nhau và khi nguyên tử chuyển từ mức năng lượng cao sang mức năng lượng thấp, nó sẽ giải phóng các photon của năng lượng tương ứng (được gọi là bức xạ tự phát). Tương tự như vậy, khi một photon xảy ra trên hệ thống mức năng lượng và được hấp thụ bởi nó, nó sẽ khiến nguyên tử chuyển từ mức năng lượng thấp sang mức năng lượng cao (được gọi là hấp thụ kích thích); Sau đó, một số nguyên tử chuyển sang mức năng lượng cao hơn sẽ chuyển sang mức năng lượng thấp hơn và phát ra các photon (cái gọi là bức xạ kích thích). Những chuyển động này không xảy ra trong sự cô lập, nhưng thường song song. Khi chúng ta tạo ra một điều kiện, chẳng hạn như sử dụng môi trường thích hợp, bộ cộng hưởng, đủ điện trường bên ngoài, bức xạ được kích thích được khuếch đại để nhiều hơn sự hấp thụ được kích thích, nói chung, sẽ có các photon phát ra, dẫn đến ánh sáng laser.
B. Phân loại
Theo môi trường sản xuất laser, laser có thể được chia thành laser lỏng, laser khí và laser rắn. Bây giờ laser bán dẫn phổ biến nhất là một loại laser trạng thái rắn.
C. Thành phần
Hầu hết các laser bao gồm ba phần: hệ thống kích thích, vật liệu laser và bộ cộng hưởng quang học. Hệ thống kích thích là các thiết bị tạo ra năng lượng ánh sáng, điện hoặc hóa học. Hiện tại, các phương tiện khuyến khích chính được sử dụng là phản ứng nhẹ, điện hoặc hóa học. Các chất laser là các chất có thể tạo ra ánh sáng laser, chẳng hạn như hồng ngọc, thủy tinh beryllium, khí neon, chất bán dẫn, thuốc nhuộm hữu cơ, v.v ... Vai trò của điều khiển cộng hưởng quang là tăng cường độ sáng của laser đầu ra, điều chỉnh và chọn bước sóng và hướng của laser.
D. Ứng dụng
Laser được sử dụng rộng rãi, chủ yếu là giao tiếp sợi, dao động, cắt laser, vũ khí laser, đĩa laser, v.v.
E. Lịch sử
Năm 1958, các nhà khoa học Mỹ Xiaoluo và Townes đã phát hiện ra một hiện tượng kỳ diệu: khi họ đặt ánh sáng phát ra từ bóng đèn bên trong trên một tinh thể đất hiếm, các phân tử của tinh thể sẽ phát ra sáng, luôn luôn với nhau ánh sáng mạnh mẽ. Theo hiện tượng này, họ đã đề xuất nguyên tắc laser, nghĩa là, khi chất này bị kích thích bởi cùng năng lượng với tần số dao động tự nhiên của các phân tử, nó sẽ tạo ra ánh sáng mạnh không phân kỳ - laser. Họ đã tìm thấy những bài báo quan trọng cho việc này.
Sau khi công bố kết quả nghiên cứu của Sciolo và Townes, các nhà khoa học từ các quốc gia khác nhau đã đề xuất các chương trình thử nghiệm khác nhau, nhưng chúng không thành công. Vào ngày 15 tháng 5 năm 1960, Mayman, một nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Hughes ở California, đã tuyên bố rằng ông đã có được một tia laser với bước sóng 0,6943 micron, là tia laser đầu tiên có được bởi con người, và Mayman đã trở thành nhà khoa học đầu tiên trên thế giới đưa laser vào lĩnh vực thực tế.
Vào ngày 7 tháng 7 năm 1960, Mayman tuyên bố sự ra đời của Laser đầu tiên trên thế giới, kế hoạch của Mayman là sử dụng ống flash cường độ cao để kích thích các nguyên tử crom trong tinh thể ruby, do đó tạo ra một cột ánh sáng đỏ mỏng rất cô đặc, khi nó được bắn vào một điểm nhất định, nó có thể đạt đến nhiệt độ cao hơn bề mặt của mặt trời.
Nhà khoa học Liên Xô H.γ Basov đã phát minh ra laser bán dẫn vào năm 1960. Cấu trúc của laser bán dẫn thường được cấu tạo từ lớp P, lớp N và lớp hoạt động tạo thành dị vòng kép. Các đặc điểm của nó là: kích thước nhỏ, hiệu suất khớp nối cao, tốc độ phản ứng nhanh, bước sóng và kích thước phù hợp với kích thước sợi quang, có thể được điều chế trực tiếp, kết hợp tốt.
Sáu, một số hướng ứng dụng chính của laser
F. Truyền thông laser
Sử dụng ánh sáng để truyền thông tin là rất phổ biến ngày nay. Ví dụ, tàu sử dụng đèn để giao tiếp và đèn giao thông sử dụng màu đỏ, vàng và xanh lá cây. Nhưng tất cả những cách truyền thông tin này bằng ánh sáng thông thường chỉ có thể được giới hạn ở khoảng cách ngắn. Nếu bạn muốn truyền thông tin trực tiếp đến những nơi xa xôi qua ánh sáng, bạn không thể sử dụng ánh sáng thông thường mà chỉ sử dụng laser.
Vậy làm thế nào để bạn cung cấp laser? Chúng tôi biết rằng điện có thể được mang theo các dây đồng, nhưng ánh sáng không thể được mang theo các dây kim loại thông thường. Cuối cùng, các nhà khoa học đã phát triển một sợi dây có thể truyền ánh sáng, được gọi là sợi quang, được gọi là sợi. Sợi quang được làm bằng vật liệu thủy tinh đặc biệt, đường kính mỏng hơn tóc người, thường là 50 đến 150 micron và rất mềm.
Trên thực tế, lõi bên trong của sợi là một chỉ số khúc xạ cao của thủy tinh quang trong suốt và lớp phủ bên ngoài được làm bằng kính chiết suất thấp hoặc nhựa. Một mặt cấu trúc như vậy, một mặt, có thể làm cho ánh sáng khúc xạ dọc theo lõi bên trong, giống như nước chảy về phía trước trong ống nước, điện được truyền về phía trước trong dây, ngay cả khi hàng ngàn vòng xoắn và lượt không có tác dụng. Mặt khác, lớp phủ chỉ số phóng xạ thấp có thể ngăn ánh sáng bị rò rỉ ra ngoài, giống như ống nước không thấm và lớp cách nhiệt của dây không dẫn điện.
Sự xuất hiện của sợi quang giải quyết cách truyền ánh sáng, nhưng điều đó không có nghĩa là với nó, bất kỳ ánh sáng nào cũng có thể được truyền đến rất xa. Chỉ có độ sáng cao, màu tinh khiết, laser định hướng tốt, là nguồn ánh sáng lý tưởng nhất để truyền thông tin, nó là đầu vào từ một đầu của sợi, hầu như không mất và đầu ra từ đầu kia. Do đó, giao tiếp quang học về cơ bản là giao tiếp bằng laser, có lợi thế của năng lực lớn, chất lượng cao, nguồn vật liệu rộng, bảo mật mạnh mẽ, độ bền, v.v., và được các nhà khoa học ca ngợi là một cuộc cách mạng trong lĩnh vực giao tiếp, và là một trong những thành tựu tuyệt vời nhất trong cuộc cách mạng công nghệ.
Thời gian đăng: Tháng 6-29-2023