Il laser si riferisce al processo e allo strumento per generare fasci di luce collimati, monocromatici e coerenti attraverso l'amplificazione della radiazione stimolata e il necessario feedback.Fondamentalmente, la generazione laser richiede tre elementi: un “risonatore”, un “mezzo di guadagno” e una “sorgente di pompaggio”.
A. Principio
Lo stato di movimento di un atomo può essere suddiviso in diversi livelli energetici e quando l'atomo passa da un livello energetico elevato a un livello energetico basso, rilascia fotoni di energia corrispondente (la cosiddetta radiazione spontanea).Allo stesso modo, quando un fotone incide su un sistema a livelli energetici e da esso viene assorbito, provocherà la transizione dell'atomo da un livello energetico basso ad un livello energetico elevato (cosiddetto assorbimento eccitato);Quindi, alcuni degli atomi che passano a livelli energetici più alti passeranno a livelli energetici più bassi ed emetteranno fotoni (la cosiddetta radiazione stimolata).Questi movimenti non avvengono isolatamente, ma spesso in parallelo.Quando creiamo una condizione, ad esempio utilizzando il mezzo appropriato, un risonatore, un campo elettrico esterno sufficiente, la radiazione stimolata viene amplificata in modo che più dell'assorbimento stimolato, quindi in generale, verranno emessi fotoni, risultando in luce laser.
B. Classificazione
A seconda del mezzo che produce il laser, il laser può essere suddiviso in laser liquido, laser a gas e laser solido.Ora il laser a semiconduttore più comune è una sorta di laser a stato solido.
C. Composizione
La maggior parte dei laser è composta da tre parti: sistema di eccitazione, materiale laser e risonatore ottico.I sistemi di eccitazione sono dispositivi che producono energia luminosa, elettrica o chimica.Attualmente i principali mezzi di incentivazione utilizzati sono la luce, l'elettricità o la reazione chimica.Le sostanze laser sono sostanze che possono produrre luce laser, come rubini, vetro al berillio, gas neon, semiconduttori, coloranti organici, ecc. Il ruolo del controllo della risonanza ottica è quello di migliorare la luminosità del laser in uscita, regolare e selezionare la lunghezza d'onda e la direzione del laser.
D. Applicazione
Il laser è ampiamente utilizzato, principalmente comunicazione in fibra, raggio laser, taglio laser, armi laser, disco laser e così via.
E. Storia
Nel 1958, gli scienziati americani Xiaoluo e Townes scoprirono un fenomeno magico: quando mettono la luce emessa dalla lampadina interna su un cristallo di terre rare, le molecole del cristallo emetteranno una luce brillante, sempre insieme forte.Secondo questo fenomeno hanno proposto il “principio del laser”, cioè quando la sostanza è eccitata dalla stessa energia della frequenza di oscillazione naturale delle sue molecole, produrrà questa forte luce che non diverge: il laser.Hanno trovato documenti importanti per questo.
Dopo la pubblicazione dei risultati delle ricerche di Sciolo e Townes, scienziati di vari paesi proposero vari schemi sperimentali, ma senza successo.Il 15 maggio 1960 Mayman, uno scienziato dello Hughes Laboratory in California, annunciò di aver ottenuto un laser con una lunghezza d'onda di 0,6943 micron, che fu il primo laser mai ottenuto dall'uomo, e Mayman divenne così il primo scienziato al mondo introdurre i laser nel campo pratico.
Il 7 luglio 1960, Mayman annunciò la nascita del primo laser al mondo. Il progetto di Mayman prevede di utilizzare un tubo flash ad alta intensità per stimolare gli atomi di cromo in un cristallo di rubino, producendo così una sottile colonna di luce rossa molto concentrata, quando viene accesa. ad un certo punto può raggiungere una temperatura superiore a quella della superficie del sole.
Lo scienziato sovietico H.Γ Basov ha inventato il laser a semiconduttore nel 1960. La struttura del laser a semiconduttore è solitamente composta da strato P, strato N e strato attivo che formano una doppia eterogiunzione.Le sue caratteristiche sono: dimensioni ridotte, elevata efficienza di accoppiamento, velocità di risposta rapida, lunghezza d'onda e dimensioni adatte alla dimensione della fibra ottica, modulabilità diretta, buona coerenza.
Sei, alcune delle principali direzioni di applicazione del laser
F. Comunicazione laser
Usare la luce per trasmettere informazioni è molto comune oggi.Ad esempio, le navi utilizzano le luci per comunicare e i semafori utilizzano il rosso, il giallo e il verde.Ma tutti questi modi di trasmettere informazioni utilizzando la luce normale possono essere limitati solo a brevi distanze.Se vuoi trasmettere informazioni direttamente in luoghi distanti attraverso la luce, non puoi usare la luce normale, ma usare solo i laser.
Allora come si consegna il laser?Sappiamo che l'elettricità può essere trasportata lungo i fili di rame, ma la luce non può essere trasportata lungo i normali fili metallici.A tal fine, gli scienziati hanno sviluppato un filamento in grado di trasmettere la luce, chiamato fibra ottica, denominata fibra.La fibra ottica è realizzata con materiali di vetro speciali, il diametro è più sottile di un capello umano, solitamente da 50 a 150 micron, e molto morbida.
Infatti, il nucleo interno della fibra è un vetro ottico trasparente ad alto indice di rifrazione e il rivestimento esterno è realizzato in vetro o plastica a basso indice di rifrazione.Una tale struttura, da un lato, può far sì che la luce venga rifratta lungo il nucleo interno, proprio come l'acqua che scorre in avanti nel tubo dell'acqua, l'elettricità trasmessa in avanti nel filo, anche se migliaia di colpi di scena non hanno alcun effetto.D'altro canto, il rivestimento a basso indice di rifrazione può impedire la fuoriuscita di luce, così come il tubo dell'acqua non filtra e lo strato isolante del filo non conduce elettricità.
L'aspetto della fibra ottica risolve il modo di trasmettere la luce, ma ciò non significa che con essa tutta la luce possa essere trasmessa a molto lontano.Solo l'elevata luminosità, il colore puro, un buon laser direzionale, è la fonte di luce ideale per trasmettere informazioni, viene immessa da un'estremità della fibra, quasi nessuna perdita ed emessa dall'altra estremità.Pertanto, la comunicazione ottica è essenzialmente una comunicazione laser, che presenta i vantaggi di grande capacità, alta qualità, ampia fonte di materiali, forte riservatezza, durata, ecc., ed è salutata dagli scienziati come una rivoluzione nel campo della comunicazione, ed è una delle conquiste più brillanti della rivoluzione tecnologica.
Orario di pubblicazione: 29 giugno 2023