Laser viitab protsessile ja instrumendile, mis genereerib kollimeeritud, monokromaatilisi ja koherentseid valguskiirte stimuleeritud kiirguse võimendamise ja vajaliku tagasiside abil. Põhimõtteliselt vajab laserkiire genereerimine kolme elementi: resonaatorit, võimenduskeskkonda ja pumpavat allikat.
A. Põhimõte
Aatomi liikumisseisundit saab jagada erinevateks energiatasemeteks ja kui aatom läheb üle kõrgelt energiatasemelt madalale energiatasemele, vabastab see vastava energiaga footoneid (nn spontaanne kiirgus). Samamoodi, kui footon langeb energiataseme süsteemile ja neeldub selles, põhjustab see aatomi ülemineku madalalt energiatasemelt kõrgele energiatasemele (nn ergastatud neeldumine); seejärel lähevad mõned aatomid, mis lähevad üle kõrgematele energiatasemetele, üle madalamatele energiatasemetele ja kiirgavad footoneid (nn stimuleeritud kiirgus). Need liikumised ei toimu isoleeritult, vaid sageli paralleelselt. Kui loome tingimused, näiteks kasutades sobivat keskkonda, resonaatorit või piisavalt välist elektrivälja, võimendub stimuleeritud kiirgus nii, et stimuleeritud neeldumisest rohkem kiirgust tekib, siis üldiselt kiirgub footoneid, mille tulemuseks on laserkiir.
B. Klassifikatsioon
Laseri tekitava keskkonna järgi saab laseri jagada vedellaseriks, gaaslaseriks ja tahkefaasilaseriks. Tänapäeval on kõige levinum pooljuhtlaser tahkislaser.
C. Koostis
Enamik lasereid koosneb kolmest osast: ergastussüsteemist, lasermaterjalist ja optilisest resonaatorist. Ergastussüsteemid on seadmed, mis toodavad valgust, elektri- või keemilist energiat. Praegu on peamised kasutatavad ergutusvahendid valgus, elekter või keemiline reaktsioon. Laserained on ained, mis võivad toota laservalgust, näiteks rubiinid, berülliumklaas, neoongaas, pooljuhid, orgaanilised värvained jne. Optilise resonantsi juhtimise ülesanne on suurendada väljundlaseri heledust, reguleerida ja valida laseri lainepikkust ja suunda.
D. Taotlus
Laserit kasutatakse laialdaselt, peamiselt kiudsides, laserkaugusmõõtmises, laserlõikuses, laserrelvades, laserketastes jne.
E. Ajalugu
1958. aastal avastasid Ameerika teadlased Xiaoluo ja Townes maagilise nähtuse: kui nad suunavad sisemise lambipirni kiirgava valguse haruldase muldmetalli kristallile, kiirgavad kristalli molekulid eredat, alati koos olevat tugevat valgust. Selle nähtuse põhjal pakkusid nad välja "laserprintsiibi", see tähendab, et kui ainet ergastab sama energia, mis on selle molekulide loomulikul võnkumissagedusel, tekitab see tugeva valguse, mis ei haju - laser. Nad leidsid selle kohta olulisi dokumente.
Pärast Sciolo ja Townesi uurimistulemuste avaldamist pakkusid eri riikide teadlased välja mitmesuguseid katseskeeme, kuid need ei olnud edukad. 15. mail 1960 teatas California Hughesi labori teadlane Mayman, et ta on saanud laseri lainepikkusega 0,6943 mikronit, mis oli esimene laser, mille inimesed kunagi said, ja Maymanist sai seega esimene teadlane maailmas, kes tutvustas lasereid praktikas.
7. juulil 1960 teatas Mayman maailma esimese laseri sünnist. Maymani skeem seisneb rubiinkristalli kroomi aatomite stimuleerimises suure intensiivsusega välklambi abil, tekitades seeläbi väga kontsentreeritud õhukese punase valgussamba, mille teatud punktis vallandamisel võib see saavutada temperatuuri, mis on kõrgem kui päikese pinnal.
Nõukogude teadlane H.G. Basov leiutas pooljuhtlaseri 1960. aastal. Pooljuhtlaseri struktuur koosneb tavaliselt P-kihist, N-kihist ja aktiivkihist, mis moodustavad topeltheterosiirde. Selle omadused on: väike suurus, kõrge sidestustõhusus, kiire reageerimiskiirus, lainepikkuse ja suuruse vastavus optilise kiu suurusega, otsemoduleeritavus ja hea koherentsus.
Kuus, mõned laseri peamised rakendussuunad
F. Laserkommunikatsioon
Tänapäeval on valguse kasutamine teabe edastamiseks väga levinud. Näiteks laevad kasutavad suhtlemiseks tulesid ja valgusfoorid punast, kollast ja rohelist. Kuid kõik need tavalise valguse abil teabe edastamise viisid piirduvad vaid lühikeste vahemaadega. Kui soovite teavet otse kaugetesse kohtadesse valguse abil edastada, ei saa te kasutada tavalist valgust, vaid ainult lasereid.
Kuidas siis laserit kohale toimetada? Me teame, et elektrit saab kanda mööda vasktraate, aga valgust mitte mööda tavalisi metalltraate. Sel eesmärgil on teadlased välja töötanud valgust edastava hõõgniidi, mida nimetatakse optiliseks kiuks. Optiline kiud on valmistatud spetsiaalsest klaasmaterjalist, mille läbimõõt on õhem kui inimese juuksekarval, tavaliselt 50–150 mikronit, ja see on väga pehme.
Tegelikult on kiu sisemine südamik valmistatud läbipaistvast optilisest klaasist, millel on kõrge murdumisnäitaja, ja välimine kate on valmistatud madala murdumisnäitajaga klaasist või plastist. Selline struktuur võib ühelt poolt panna valguse sisemist südamikku mööda murduma, just nagu veetorus edasi voolav vesi, ja elektri edasikandumine juhtmes, isegi kui tuhanded keerud ja pöörded ei avalda mingit mõju. Teisest küljest võib madala murdumisnäitajaga kate takistada valguse lekkimist, just nagu veetoru ei imbu ja juhtme isolatsioonikiht ei juhi elektrit.
Optilise kiu ilmumine lahendab valguse edastamise viisi, kuid see ei tähenda, et sellega saab valgust väga kaugele edastada. Ainult kõrge heledus, puhas värv, hea suunatud laser on teabe edastamiseks kõige ideaalsem valgusallikas, sisend on kiu ühest otsast, kadudeta ja väljund teisest otsast. Seega on optiline side sisuliselt laserside, mille eelised on suur läbilaskevõime, kõrge kvaliteet, lai materjalivalik, tugev konfidentsiaalsus, vastupidavus jne. Teadlased peavad seda kommunikatsioonivaldkonna revolutsiooniks ja üheks tehnoloogilise revolutsiooni säravaimaks saavutuseks.
Postituse aeg: 29. juuni 2023