Laser verwijst naar het proces en instrument voor het genereren van gecollimeerde, monochromatische, coherente lichtstralen door middel van gestimuleerde stralingsversterking en noodzakelijke feedback.Kortom, lasergeneratie vereist drie elementen: een ‘resonator’, een ‘versterkingsmedium’ en een ‘pompbron’.
A. Principe
De bewegingstoestand van een atoom kan worden onderverdeeld in verschillende energieniveaus, en wanneer het atoom overgaat van een hoog energieniveau naar een laag energieniveau, komen er fotonen vrij met overeenkomstige energie (zogenaamde spontane straling).Op dezelfde manier zal een foton, wanneer het invalt op een energieniveausysteem en erdoor wordt geabsorbeerd, ervoor zorgen dat het atoom overgaat van een laag energieniveau naar een hoog energieniveau (zogenaamde aangeslagen absorptie);Vervolgens zullen sommige atomen die overgaan naar hogere energieniveaus overgaan naar lagere energieniveaus en fotonen uitzenden (zogenaamde gestimuleerde straling).Deze bewegingen vinden niet geïsoleerd plaats, maar vaak parallel.Wanneer we een voorwaarde creëren, zoals het gebruik van het juiste medium, resonator, voldoende extern elektrisch veld, wordt de gestimuleerde straling versterkt zodat er meer dan de gestimuleerde absorptie in het algemeen fotonen worden uitgezonden, wat resulteert in laserlicht.
B. Classificatie
Afhankelijk van het medium dat de laser produceert, kan de laser worden onderverdeeld in vloeibare laser, gaslaser en vaste laser.De meest voorkomende halfgeleiderlaser is een soort vastestoflaser.
C. Samenstelling
De meeste lasers bestaan uit drie delen: excitatiesysteem, lasermateriaal en optische resonator.Excitatiesystemen zijn apparaten die licht, elektrische of chemische energie produceren.Momenteel zijn de belangrijkste stimuleringsmiddelen licht, elektriciteit of chemische reacties.Laserstoffen zijn stoffen die laserlicht kunnen produceren, zoals robijnen, berylliumglas, neongas, halfgeleiders, organische kleurstoffen, enz. De rol van optische resonantiecontrole is het verbeteren van de helderheid van de uitgangslaser, het aanpassen en selecteren van de golflengte en richting van de laser.
D. Toepassing
Laser wordt veel gebruikt, voornamelijk vezelcommunicatie, laserbereik, lasersnijden, laserwapens, laserschijf enzovoort.
E. Geschiedenis
In 1958 ontdekten de Amerikaanse wetenschappers Xiaoluo en Townes een magisch fenomeen: wanneer ze het licht van de interne gloeilamp op een zeldzaam aardekristal plaatsen, zullen de moleculen van het kristal helder, altijd samen sterk licht uitstralen.Volgens dit fenomeen stelden ze het ‘laserprincipe’ voor, dat wil zeggen dat wanneer de substantie wordt opgewonden door dezelfde energie als de natuurlijke oscillatiefrequentie van zijn moleculen, deze een sterk licht zal produceren dat niet divergeert: laser.Zij vonden hiervoor belangrijke papieren.
Na de publicatie van de onderzoeksresultaten van Sciolo en Townes stelden wetenschappers uit verschillende landen verschillende experimentele schema's voor, maar deze waren niet succesvol.Op 15 mei 1960 maakte Mayman, een wetenschapper aan het Hughes Laboratory in Californië, bekend dat hij een laser had verkregen met een golflengte van 0,6943 micron, de eerste laser ooit door mensen verkregen, en Mayman werd daarmee de eerste wetenschapper ter wereld. om lasers in de praktijk te introduceren.
Op 7 juli 1960 kondigde Mayman de geboorte aan van 's werelds eerste laser. Het plan van Mayman is om een flitsbuis met hoge intensiteit te gebruiken om chroomatomen in een robijnrood kristal te stimuleren, waardoor een zeer geconcentreerde dunne roodlichtkolom ontstaat wanneer deze wordt afgevuurd. op een gegeven moment kan het een temperatuur bereiken die hoger is dan het oppervlak van de zon.
De Sovjetwetenschapper H.Γ Basov vond de halfgeleiderlaser uit in 1960. De structuur van een halfgeleiderlaser bestaat gewoonlijk uit een P-laag, een N-laag en een actieve laag die een dubbele heterojunctie vormen.De kenmerken zijn: klein formaat, hoge koppelingsefficiëntie, snelle responssnelheid, golflengte en grootte passen bij de optische vezelgrootte, kunnen direct worden gemoduleerd, goede samenhang.
Zes, enkele van de belangrijkste toepassingsrichtingen van laser
F. Lasercommunicatie
Het gebruik van licht om informatie over te brengen is tegenwoordig heel gebruikelijk.Schepen gebruiken bijvoorbeeld lichten om te communiceren, en verkeerslichten gebruiken rood, geel en groen.Maar al deze manieren om informatie over te brengen met gewoon licht kunnen alleen beperkt worden tot korte afstanden.Als je informatie via licht rechtstreeks naar verre plaatsen wilt overbrengen, kun je geen gewoon licht gebruiken, maar alleen lasers.
Dus hoe levert u de laser af?We weten dat elektriciteit langs koperdraden kan worden getransporteerd, maar licht kan niet langs gewone metaaldraden worden getransporteerd.Daartoe hebben wetenschappers een gloeidraad ontwikkeld die licht kan doorlaten, de zogenaamde optische vezel, ook wel vezel genoemd.Optische vezels zijn gemaakt van speciale glasmaterialen, de diameter is dunner dan die van een mensenhaar, meestal 50 tot 150 micron, en erg zacht.
In feite is de binnenkern van de vezel een hoge brekingsindex van transparant optisch glas, en is de buitenste coating gemaakt van glas of plastic met een lage brekingsindex.Zo'n structuur kan er enerzijds voor zorgen dat het licht langs de binnenste kern wordt gebroken, net zoals water dat naar voren stroomt in de waterleiding, en elektriciteit die door de draad wordt doorgegeven, zelfs als duizenden wendingen geen effect hebben.Aan de andere kant kan de coating met een lage brekingsindex voorkomen dat er licht naar buiten lekt, net zoals de waterleiding niet doorsijpelt en de isolatielaag van de draad geen elektriciteit geleidt.
Het verschijnen van optische vezels lost de manier op waarop licht wordt overgedragen, maar dat betekent niet dat daarmee ook het licht tot heel ver weg kan worden doorgelaten.Alleen hoge helderheid, pure kleur, goede gerichte laser, is de meest ideale lichtbron om informatie over te brengen, het wordt ingevoerd vanaf het ene uiteinde van de vezel, bijna geen verlies en uitvoer vanaf het andere uiteinde.Daarom is optische communicatie in wezen lasercommunicatie, die de voordelen heeft van een grote capaciteit, hoge kwaliteit, een brede bron van materialen, sterke vertrouwelijkheid, duurzaamheid, enz., en door wetenschappers wordt geprezen als een revolutie op het gebied van communicatie. van de meest briljante prestaties in de technologische revolutie.
Posttijd: 29 juni 2023