Laser se odnosi na proces i instrument za generiranje kolimiranih, monokromatskih, koherentnih svjetlosnih snopova putem pojačanja stimuliranog zračenja i potrebne povratne sprege. U osnovi, generiranje lasera zahtijeva tri elementa: "rezonator", "medij za pojačanje" i "izvor pumpanja".
A. Princip
Stanje kretanja atoma može se podijeliti na različite energetske nivoe, i kada atom prelazi sa visokog energetskog nivoa na niski energetski nivo, oslobađa fotone odgovarajuće energije (tzv. spontano zračenje). Slično tome, kada foton padne na sistem energetskih nivoa i on ga apsorbuje, to će uzrokovati prelazak atoma sa niskog energetskog nivoa na visoki energetski nivo (tzv. pobuđena apsorpcija); zatim, neki od atoma koji prelaze na više energetske nivoe preći će na niže energetske nivoe i emitovati fotone (tzv. stimulisano zračenje). Ova kretanja se ne dešavaju izolovano, već često paralelno. Kada stvorimo određeni uslov, kao što je korištenje odgovarajućeg medija, rezonatora, dovoljno vanjskog električnog polja, stimulisano zračenje se pojačava tako da ima više od stimulisane apsorpcije, onda će generalno biti emitovanih fotona, što rezultira laserskom svjetlošću.
B. Klasifikacija
Prema mediju koji proizvodi laser, laseri se mogu podijeliti na tečne lasere, gasne lasere i lasere na čvrstom stanju. Danas su najčešći poluprovodnički laseri vrsta lasera na čvrstom stanju.
C. Sastav
Većina lasera se sastoji od tri dijela: sistema pobude, laserskog materijala i optičkog rezonatora. Sistemi pobude su uređaji koji proizvode svjetlosnu, električnu ili hemijsku energiju. Trenutno se kao glavna sredstva pobude koriste svjetlost, elektricitet ili hemijska reakcija. Laserske supstance su supstance koje mogu proizvesti lasersku svjetlost, kao što su rubini, berilijevo staklo, neon, poluprovodnici, organske boje itd. Uloga kontrole optičke rezonancije je povećanje svjetline izlaznog lasera, podešavanje i odabir talasne dužine i smjera lasera.
D. Primjena
Laser se široko koristi, uglavnom za optičku komunikaciju, lasersko mjerenje udaljenosti, lasersko rezanje, lasersko oružje, laserski disk i tako dalje.
E. Historija
Američki naučnici Xiaoluo i Townes su 1958. godine otkrili magičan fenomen: kada su svjetlost koju emituje unutrašnja sijalica usmjerili na kristal rijetke zemlje, molekuli kristala će emitovati jarku, uvijek zajedno jaku svjetlost. Prema ovom fenomenu, predložili su "princip lasera", odnosno, kada se supstanca pobudi istom energijom kao što je prirodna frekvencija oscilacija njenih molekula, ona će proizvesti ovu jaku svjetlost koja se ne divergira - laser. Pronašli su važne radove za ovo.
Nakon objavljivanja rezultata istraživanja Sciola i Townesa, naučnici iz raznih zemalja predložili su različite eksperimentalne sheme, ali one nisu bile uspješne. Dana 15. maja 1960. godine, Mayman, naučnik u Hughes laboratoriji u Kaliforniji, objavio je da je dobio laser talasne dužine od 0,6943 mikrona, što je bio prvi laser koji su ikada dobili ljudi, te je Mayman tako postao prvi naučnik na svijetu koji je uveo lasere u praktično polje.
7. jula 1960. godine, Mayman je najavio rođenje prvog lasera na svijetu. Maymanova shema je korištenje visokointenzivne bljeskalice za stimulaciju atoma hroma u kristalu rubina, čime se proizvodi vrlo koncentrirani tanki crveni svjetlosni stupac. Kada se ispali u određenoj tački, može dostići temperaturu višu od površine Sunca.
Sovjetski naučnik H.G. Basov izumio je poluprovodnički laser 1960. godine. Struktura poluprovodničkog lasera se obično sastoji od P sloja, N sloja i aktivnog sloja koji formiraju dvostruku heterospojku. Njegove karakteristike su: mala veličina, visoka efikasnost sprege, velika brzina odziva, talasna dužina i veličina odgovaraju veličini optičkog vlakna, mogu se direktno modulirati, dobra koherencija.
Šest, neki od glavnih pravaca primjene lasera
F. Laserska komunikacija
Korištenje svjetlosti za prijenos informacija danas je vrlo uobičajeno. Na primjer, brodovi koriste svjetla za komunikaciju, a semafori koriste crvenu, žutu i zelenu boju. Ali svi ovi načini prijenosa informacija pomoću obične svjetlosti mogu biti ograničeni samo na kratke udaljenosti. Ako želite prenositi informacije direktno na udaljena mjesta putem svjetlosti, ne možete koristiti običnu svjetlost, već samo lasere.
Kako se onda prenosi laser? Znamo da se električna energija može prenositi bakrenim žicama, ali svjetlost se ne može prenositi običnim metalnim žicama. U tu svrhu, naučnici su razvili filament koji može prenositi svjetlost, nazvan optičko vlakno, koje se naziva fiber. Optičko vlakno je napravljeno od posebnih staklenih materijala, promjera je tanjeg od ljudske dlake, obično 50 do 150 mikrona, i vrlo je mekano.
U stvari, unutrašnje jezgro vlakna je od prozirnog optičkog stakla visokog indeksa prelamanja, a vanjski premaz je napravljen od stakla ili plastike niskog indeksa prelamanja. Takva struktura, s jedne strane, može učiniti da se svjetlost prelama duž unutrašnjeg jezgra, baš kao što voda teče naprijed u vodovodnoj cijevi, a elektricitet se prenosi naprijed u žici, čak i ako hiljade uvijanja i okreta nemaju efekta. S druge strane, premaz niskog indeksa prelamanja može spriječiti curenje svjetlosti, baš kao što vodovodna cijev ne propušta, a izolacijski sloj žice ne provodi električnu energiju.
Pojava optičkih vlakana rješava način prenosa svjetlosti, ali to ne znači da se njima bilo koja svjetlost može prenositi na velike udaljenosti. Samo visok sjaj, čiste boje i dobar usmjereni laser su najidealniji izvor svjetlosti za prenos informacija. Ulaz je na jednom kraju vlakna, gotovo bez gubitaka, a izlaz je na drugom kraju. Stoga je optička komunikacija u suštini laserska komunikacija, koja ima prednosti velikog kapaciteta, visokog kvaliteta, širokog izvora materijala, jake povjerljivosti, izdržljivosti itd., a naučnici je smatraju revolucijom u oblasti komunikacije i jednim od najbriljantnijih dostignuća u tehnološkoj revoluciji.
Vrijeme objave: 29. juni 2023.