El làser fa referència al procés i a l'instrument de generar feixos de llum colimats, monocromàtics i coherents mitjançant l'amplificació de la radiació estimulada i la retroalimentació necessària. Bàsicament, la generació de làser requereix tres elements: un "ressonador", un "medi de guany" i una "font de bombament".
A. Principi
L'estat de moviment d'un àtom es pot dividir en diferents nivells d'energia, i quan l'àtom passa d'un nivell d'energia alt a un nivell d'energia baix, allibera fotons de l'energia corresponent (anomenada radiació espontània). De la mateixa manera, quan un fotó incideix en un sistema de nivells d'energia i és absorbit per aquest, farà que l'àtom passi d'un nivell d'energia baix a un nivell d'energia alt (anomenada absorció excitada); Aleshores, alguns dels àtoms que passen a nivells d'energia més alts passaran a nivells d'energia més baixos i emetran fotons (anomenada radiació estimulada). Aquests moviments no es produeixen aïlladament, sinó sovint en paral·lel. Quan creem una condició, com ara utilitzar el medi adequat, un ressonador, amb un camp elèctric extern suficient, la radiació estimulada s'amplifica de manera que més que l'absorció estimulada, en general, s'emetran fotons, donant lloc a llum làser.
B. Classificació
Segons el medi que produeix el làser, el làser es pot dividir en làser líquid, làser de gas i làser sòlid. Actualment, el làser semiconductor més comú és un tipus de làser d'estat sòlid.
C. Composició
La majoria dels làsers es componen de tres parts: sistema d'excitació, material làser i ressonador òptic. Els sistemes d'excitació són dispositius que produeixen energia lumínica, elèctrica o química. Actualment, els principals mitjans d'incentiu utilitzats són la llum, l'electricitat o la reacció química. Les substàncies làser són substàncies que poden produir llum làser, com ara rubins, vidre de beril·li, gas neó, semiconductors, colorants orgànics, etc. La funció del control de ressonància òptica és millorar la brillantor del làser de sortida, ajustar i seleccionar la longitud d'ona i la direcció del làser.
D. Sol·licitud
El làser s'utilitza àmpliament, principalment en la comunicació per fibra òptica, la mesura de distància per làser, el tall per làser, les armes làser, el disc làser, etc.
E. Història
El 1958, els científics nord-americans Xiaoluo i Townes van descobrir un fenomen màgic: quan posaven la llum emesa per la bombeta interna sobre un cristall de terres rares, les molècules del cristall emetien una llum brillant i sempre intensa. Segons aquest fenomen, van proposar el "principi del làser", és a dir, quan la substància s'excita amb la mateixa energia que la freqüència d'oscil·lació natural de les seves molècules, produeix una llum intensa que no divergeix: el làser. Van trobar articles importants per a això.
Després de la publicació dels resultats de la recerca de Sciolo i Townes, científics de diversos països van proposar diversos esquemes experimentals, però no van tenir èxit. El 15 de maig de 1960, Mayman, un científic del Laboratori Hughes de Califòrnia, va anunciar que havia obtingut un làser amb una longitud d'ona de 0,6943 micres, que va ser el primer làser obtingut mai pels humans, i Mayman es va convertir així en el primer científic del món a introduir els làsers en el camp pràctic.
El 7 de juliol de 1960, Mayman va anunciar el naixement del primer làser del món. L'esquema de Mayman consisteix a utilitzar un tub de flaix d'alta intensitat per estimular àtoms de crom en un cristall de robí, produint així una columna de llum vermella fina molt concentrada que, quan es dispara en un punt determinat, pot assolir una temperatura superior a la superfície del sol.
El científic soviètic H.Γ Basov va inventar el làser semiconductor el 1960. L'estructura del làser semiconductor sol estar composta per una capa P, una capa N i una capa activa que formen una doble heterounió. Les seves característiques són: mida petita, alta eficiència d'acoblament, velocitat de resposta ràpida, longitud d'ona i mida que s'adapten a la mida de la fibra òptica, es pot modular directament i bona coherència.
Sis, algunes de les principals direccions d'aplicació del làser
F. Comunicació làser
L'ús de la llum per transmetre informació és molt comú avui dia. Per exemple, els vaixells utilitzen llums per comunicar-se, i els semàfors utilitzen el vermell, el groc i el verd. Però totes aquestes maneres de transmetre informació mitjançant la llum ordinària només es poden limitar a distàncies curtes. Si voleu transmetre informació directament a llocs distants a través de la llum, no podeu utilitzar llum ordinària, sinó només làsers.
Doncs, com es fa arribar el làser? Sabem que l'electricitat es pot transportar per cables de coure, però la llum no es pot transportar per cables metàl·lics ordinaris. Amb aquesta finalitat, els científics han desenvolupat un filament que pot transmetre llum, anomenat fibra òptica. La fibra òptica està feta de materials de vidre especials, el diàmetre és més prim que el d'un cabell humà, normalment de 50 a 150 micres, i molt suau.
De fet, el nucli intern de la fibra és un vidre òptic transparent d'alt índex de refracció, i el recobriment exterior està fet de vidre o plàstic de baix índex de refracció. Aquesta estructura, d'una banda, pot fer que la llum es refracti al llarg del nucli intern, igual que l'aigua que flueix cap endavant per la canonada d'aigua, i l'electricitat es transmet cap endavant pel cable, fins i tot si milers de girs i voltes no tenen cap efecte. D'altra banda, el recobriment de baix índex de refracció pot evitar que la llum s'escapi, igual que la canonada d'aigua no es filtra i la capa aïllant del cable no condueix l'electricitat.
L'aparició de la fibra òptica resol la manera de transmetre la llum, però això no vol dir que amb ella qualsevol llum es pugui transmetre a grans distàncies. Només una alta brillantor, un color pur i un bon làser direccional són la font de llum més ideal per transmetre informació, ja que s'introdueix des d'un extrem de la fibra, gairebé sense pèrdues i surt des de l'altre extrem. Per tant, la comunicació òptica és essencialment comunicació làser, que té els avantatges de la gran capacitat, l'alta qualitat, l'àmplia font de materials, la forta confidencialitat, la durabilitat, etc., i és aclamada pels científics com una revolució en el camp de la comunicació i un dels èxits més brillants de la revolució tecnològica.
Data de publicació: 29 de juny de 2023