Ang laser ay tumutukoy sa proseso at instrumento ng pagbuo ng collimated, monochromatic, coherent light beams sa pamamagitan ng stimulated radiation amplification at kinakailangang feedback. Sa madaling salita, ang pagbuo ng laser ay nangangailangan ng tatlong elemento: isang "resonator," isang "gain medium," at isang "pumping source."
A. Prinsipyo
Ang estado ng paggalaw ng isang atomo ay maaaring hatiin sa iba't ibang antas ng enerhiya, at kapag ang atomo ay lumipat mula sa mataas na antas ng enerhiya patungo sa mababang antas ng enerhiya, naglalabas ito ng mga photon na may katumbas na enerhiya (tinatawag na kusang radiation). Katulad nito, kapag ang isang photon ay nakarating sa isang sistema ng antas ng enerhiya at hinihigop nito, magiging sanhi ito ng paglipat ng atomo mula sa mababang antas ng enerhiya patungo sa mataas na antas ng enerhiya (tinatawag na excited absorption); Pagkatapos, ang ilan sa mga atomo na lumilipat sa mas mataas na antas ng enerhiya ay lilipat sa mas mababang antas ng enerhiya at maglalabas ng mga photon (tinatawag na stimulated radiation). Ang mga paggalaw na ito ay hindi nangyayari nang mag-isa, ngunit kadalasan ay magkasabay. Kapag lumikha tayo ng isang kondisyon, tulad ng paggamit ng naaangkop na medium, resonator, sapat na panlabas na electric field, ang stimulated radiation ay pinapalakas upang higit pa sa stimulated absorption, sa pangkalahatan, magkakaroon ng mga photon na ibinubuga, na nagreresulta sa liwanag ng laser.
B. Klasipikasyon
Ayon sa midyum na gumagawa ng laser, ang laser ay maaaring hatiin sa liquid laser, gas laser at solid laser. Ngayon, ang pinakakaraniwang semiconductor laser ay isang uri ng solid-state laser.
C. Komposisyon
Karamihan sa mga laser ay binubuo ng tatlong bahagi: excitation system, laser material at optical resonator. Ang mga excitation system ay mga aparato na lumilikha ng liwanag, elektrikal o kemikal na enerhiya. Sa kasalukuyan, ang pangunahing ginagamit na paraan ng pagganyak ay liwanag, kuryente o kemikal na reaksyon. Ang mga sangkap ng laser ay mga sangkap na maaaring lumikha ng liwanag ng laser, tulad ng mga rubi, beryllium glass, neon gas, semiconductor, organic dyes, atbp. Ang papel ng optical resonance control ay upang mapahusay ang liwanag ng output laser, ayusin at piliin ang wavelength at direksyon ng laser.
D. Aplikasyon
Malawakang ginagamit ang laser, pangunahin na sa fiber communication, laser ranging, laser cutting, laser weapons, laser disc at iba pa.
Kasaysayan
Noong 1958, natuklasan ng mga Amerikanong siyentipiko na sina Xiaoluo at Townes ang isang mahiwagang penomeno: kapag inilagay nila ang liwanag na inilalabas ng panloob na bumbilya sa isang kristal na bihirang lupa, ang mga molekula ng kristal ay maglalabas ng maliwanag, palaging magkakasamang malakas na liwanag. Ayon sa penomenong ito, iminungkahi nila ang "prinsipyo ng laser", ibig sabihin, kapag ang substansiya ay na-excite ng parehong enerhiya tulad ng natural na dalas ng osilasyon ng mga molekula nito, gagawa ito ng malakas na liwanag na hindi naghihiwalay - laser. Nakahanap sila ng mahahalagang papel para dito.
Matapos mailathala ang mga resulta ng pananaliksik nina Sciolo at Townes, nagpanukala ang mga siyentipiko mula sa iba't ibang bansa ng iba't ibang mga eksperimental na pamamaraan, ngunit hindi ito naging matagumpay. Noong Mayo 15, 1960, inanunsyo ni Mayman, isang siyentipiko sa Hughes Laboratory sa California, na nakakuha siya ng isang laser na may wavelength na 0.6943 microns, na siyang unang laser na nakuha ng mga tao, at sa gayon ay naging unang siyentipiko sa mundo si Mayman na nagpakilala ng mga laser sa praktikal na larangan.
Noong Hulyo 7, 1960, inanunsyo ni Mayman ang pagsilang ng unang laser sa mundo. Ang plano ni Mayman ay ang paggamit ng isang high-intensity flash tube upang pasiglahin ang mga atomo ng chromium sa isang ruby crystal, kaya lumilikha ito ng isang napakakonsentradong manipis na pulang haligi ng ilaw. Kapag pinaputok ito sa isang tiyak na punto, maaari itong umabot sa temperaturang mas mataas kaysa sa ibabaw ng araw.
Naimbento ng siyentipikong Sobyet na si H.Γ Basov ang semiconductor laser noong 1960. Ang istruktura ng semiconductor laser ay karaniwang binubuo ng P layer, N layer at active layer na bumubuo ng double heterojunction. Ang mga katangian nito ay: maliit na sukat, mataas na coupling efficiency, mabilis na response speed, wavelength at laki na akma sa laki ng optical fiber, maaaring direktang i-modulate, at mahusay na coherence.
Anim, ilan sa mga pangunahing direksyon ng aplikasyon ng laser
F. Komunikasyon ng laser
Karaniwan na ngayon ang paggamit ng liwanag upang magpadala ng impormasyon. Halimbawa, ang mga barko ay gumagamit ng mga ilaw upang makipag-ugnayan, at ang mga ilaw trapiko ay gumagamit ng pula, dilaw, at berde. Ngunit ang lahat ng mga paraang ito ng pagpapadala ng impormasyon gamit ang ordinaryong liwanag ay maaari lamang limitahan sa maiikling distansya. Kung gusto mong magpadala ng impormasyon nang direkta sa malalayong lugar sa pamamagitan ng liwanag, hindi mo maaaring gamitin ang ordinaryong liwanag, kundi mga laser lamang ang gamitin.
Kaya paano mo ihahatid ang laser? Alam natin na ang kuryente ay maaaring dalhin sa mga alambreng tanso, ngunit ang liwanag ay hindi maaaring dalhin sa mga ordinaryong alambreng metal. Para dito, nakabuo ang mga siyentipiko ng isang filament na maaaring magpadala ng liwanag, na tinatawag na optical fiber, na tinutukoy bilang fiber. Ang optical fiber ay gawa sa mga espesyal na materyales na salamin, ang diyametro ay mas manipis kaysa sa buhok ng tao, karaniwang 50 hanggang 150 microns, at napakalambot.
Sa katunayan, ang panloob na core ng hibla ay isang mataas na refractive index ng transparent optical glass, at ang panlabas na patong ay gawa sa mababang refractive index na salamin o plastik. Ang ganitong istraktura, sa isang banda, ay maaaring magdulot ng refraction ng liwanag sa kahabaan ng panloob na core, tulad ng tubig na dumadaloy pasulong sa tubo ng tubig, kuryenteng ipinapadala pasulong sa alambre, kahit na libu-libong pag-ikot at pagliko ang walang epekto. Sa kabilang banda, ang low-refractive index coating ay maaaring pumigil sa liwanag na tumagas palabas, tulad ng hindi pagtagas ng tubo ng tubig at ang insulation layer ng alambre ay hindi nagsasagawa ng kuryente.
Ang hitsura ng optical fiber ay lumulutas sa paraan ng pagpapadala ng liwanag, ngunit hindi ito nangangahulugan na sa pamamagitan nito, anumang liwanag ay maaaring maipadala sa napakalayong lugar. Tanging ang mataas na liwanag, purong kulay, at mahusay na directional laser ang pinaka-ideal na pinagmumulan ng liwanag upang magpadala ng impormasyon. Ito ay ipinapasok mula sa isang dulo ng fiber, halos walang pagkawala at lumalabas mula sa kabilang dulo. Samakatuwid, ang optical communication ay mahalagang komunikasyon sa laser, na may mga bentahe ng malaking kapasidad, mataas na kalidad, malawak na pinagmumulan ng mga materyales, matibay na pagiging kompidensiyal, tibay, at iba pa, at pinupuri ng mga siyentipiko bilang isang rebolusyon sa larangan ng komunikasyon, at isa sa mga pinakamaningning na tagumpay sa rebolusyong teknolohikal.
Oras ng pag-post: Hunyo-29-2023