Laserprinzip a seng Uwendung

Laser bezitt sech op de Prozess an den Instrument fir kolliméiert, monochromatesch, kohärent Liichtstralen duerch stimuléiert Stralungsverstärkung an néideg Feedback ze generéieren. Am Fong brauch d'Lasereneratioun dräi Elementer: e "Resonator", e "Verstärkungsmedium" an eng "Pompelquell".

A. Prinzip

Den Bewegungszoustand vun engem Atom kann a verschidden Energieniveauen opgedeelt ginn, a wann den Atom vun engem héijen Energieniveau op en niddregen Energieniveau iwwergeet, fräisetzt en Photonen mat entspriechender Energie (sougenannt spontan Stralung). Ähnlech, wann e Photon op en Energieniveausystem afënnt an dovun absorbéiert gëtt, wäert dat den Atom vun engem niddregen Energieniveau op en héijen Energieniveau iwwergoen (sougenannt ugereegt Absorptioun); Dann iwwergoen e puer vun den Atomer, déi op méi héich Energieniveauen iwwergoen, op méi niddreg Energieniveauen a emittéieren Photonen (sougenannt stimuléiert Stralung). Dës Beweegunge geschéien net isoléiert, mee dacks parallel. Wann mir eng Konditioun schafen, wéi zum Beispill d'Benotzung vum passenden Medium, Resonator, genuch externt elektrescht Feld, gëtt déi stimuléiert Stralung verstäerkt, sou datt méi wéi déi stimuléiert Absorptioun, dann am Allgemengen Photonen emittéiert ginn, wat zu Laserliicht féiert.

B. Klassifikatioun

Jee no dem Medium, aus deem de Laser produzéiert gëtt, kann de Laser a Flëssegkeetslaser, Gaslaser a Festkierperlaser opgedeelt ginn. Dee meescht verbreeten Hallefleederlaser ass elo eng Zort Festkierperlaser.

C. Zesummesetzung

Déi meescht Lasere bestinn aus dräi Deeler: Anregungssystem, Lasermaterial an optesche Resonator. Anregungssystemer sinn Apparater, déi Liicht, elektresch oder chemesch Energie produzéieren. Am Moment sinn déi wichtegst Ureizmëttel Liicht, Elektrizitéit oder chemesch Reaktiounen. Lasersubstanzen sinn Substanzen, déi Laserliicht produzéiere kënnen, wéi Rubinen, Berylliumglas, Neongas, Hallefleeder, organesch Faarfstoffer, etc. D'Roll vun der optescher Resonanzkontroll ass d'Hellegkeet vum Ausgangslaser ze verbesseren, d'Wellenlängt an d'Richtung vum Laser unzepassen an ze wielen.

D. Uwendung

Laser gëtt wäit verbreet benotzt, haaptsächlech Glasfaserkommunikatioun, Laserrangéierung, Laserschneiden, Laserwaffen, Laserscheiwen a sou weider.

E. Geschicht

Am Joer 1958 hunn déi amerikanesch Wëssenschaftler Xiaoluo an Townes e magescht Phänomen entdeckt: wa se d'Liicht, dat vun der interner Glühbir emittéiert gëtt, op e seltenen Äerdkristall leeën, strahlen d'Moleküle vum Kristall hellt, ëmmer zesummen staarkt Liicht aus. No dësem Phänomen hunn si de "Laserprinzip" virgeschloen, dat heescht, wa eng Substanz vun der selwechter Energie wéi déi natierlech Schwéngungsfrequenz vun hire Moleküle ugereegt gëtt, produzéiert se dëst staarkt Liicht, dat net divergéiert - Laser. Si hunn dofir wichteg Publikatioune fonnt.

Nom Publikatioun vun de Fuerschungsresultater vum Sciolo an Townes hunn Wëssenschaftler aus verschiddene Länner verschidden experimentell Schemae proposéiert, awer si waren net erfollegräich. De 15. Mee 1960 huet de Mayman, e Wëssenschaftler am Hughes Laboratoire a Kalifornien, bekannt ginn, datt hien e Laser mat enger Wellelängt vun 0,6943 Mikrometer kritt hat, wat den éischte Laser war, deen jee vu Mënschen erreecht gouf, an de Mayman war domat den éischte Wëssenschaftler op der Welt, deen Laseren an de praktesche Beräich agefouert huet.

De 7. Juli 1960 huet de Mayman d'Gebuert vum éischte Laser vun der Welt ugekënnegt. De Mayman säi Plang ass et, e Blitzröhr mat héijer Intensitéit ze benotzen, fir Chromatome an engem Rubinkristall ze stimuléieren, wouduerch eng ganz konzentréiert dënn rout Liichtsail produzéiert gëtt, déi, wann se op engem bestëmmte Punkt ofgefeiert gëtt, eng Temperatur erreechen kann, déi méi héich ass wéi d'Uewerfläch vun der Sonn.

De sowjetesche Wëssenschaftler H.Γ Basov huet den Hallefleiterlaser am Joer 1960 erfonnt. D'Struktur vum Hallefleiterlaser besteet normalerweis aus enger P-Schicht, enger N-Schicht an enger aktiver Schicht, déi eng duebel Heterojunktioun bilden. Seng Charakteristike sinn: kleng Gréisst, héich Koppleeffizienz, séier Reaktiounsgeschwindegkeet, Wellelängt a Gréisst passen zur Gréisst vun der optescher Faser un, direkt moduléierbar, gutt Kohärenz.

Sechs, e puer vun den Haaptapplikatiounsrichtungen vum Laser

F. Laserkommunikatioun

D'Benotzung vu Liicht fir d'Iwwerdroe vun Informatiounen ass haut ganz üblech. Zum Beispill benotze Schëffer Luuchten fir ze kommunizéieren, a Verkéiersluuchten benotze rout, giel a gréng. Awer all dës Weeër fir Informatioun mat normalem Liicht ze iwwerdroen, kënnen nëmmen op kuerz Distanzen limitéiert sinn. Wann Dir Informatioun direkt op wäit Plazen duerch Liicht iwwerdroe wëllt, kënnt Dir kee normales Liicht benotzen, mä nëmme Laser.

Wéi liwwert een also de Laser? Mir wëssen, datt Elektrizitéit iwwer Kofferdréit transportéiert ka ginn, awer Liicht net iwwer normal Metalldréit. Zu dësem Zweck hunn d'Wëssenschaftler e Filament entwéckelt, dat Liicht duerchléise kann, genannt optesch Faser, och bekannt als Glasfaser. Optesch Faser sinn aus spezielle Glasmaterialien hiergestallt, den Duerchmiesser ass méi dënn wéi en mënschlecht Hoer, normalerweis 50 bis 150 Mikrometer, a ganz mëll.

Tatsächlech ass den banneschten Kär vun der Faser aus transparentem optesche Glas mat héijem Breechungsindex, an déi baussenzeg Beschichtung ass aus Glas oder Plastik mat nidderegem Breechungsindex. Sou eng Struktur kann op der enger Säit d'Liicht laanscht den banneschten Kär briechen, genee wéi Waasser, dat an der Waasserleitung no vir fléisst, an d'Elektrizitéit am Drot no vir iwwerdroe léisst, och wann Dausende vu Wendungen an Dréiungen keen Effekt hunn. Op der anerer Säit kann d'Beschichtung mat nidderegem Breechungsindex verhënneren, datt Liicht erausleeft, genee wéi d'Waasserleitung net sickert an d'Isolatiounsschicht vum Drot keng Elektrizitéit leet.

D'Erscheinung vun optesche Faseren léist d'Method fir Liicht ze iwwerdroen, awer dat heescht net, datt domat all Liicht op ganz wäit Distanz iwwerdroe ka ginn. Nëmmen héich Hellegkeet, reng Faarf, e gudde gerichtete Laser ass déi ideal Liichtquell fir Informatioun ze iwwerdroen, well se vun engem Enn vun der Faser aginn gëtt, bal kee Verloscht, an um aneren Enn erausgeet. Dofir ass optesch Kommunikatioun am Fong Laserkommunikatioun, déi d'Virdeeler vun enger grousser Kapazitéit, héijer Qualitéit, enger breeder Materialquell, staarker Vertraulechkeet, Haltbarkeet asw. huet, a gëtt vu Wëssenschaftler als Revolutioun am Beräich vun der Kommunikatioun gefeiert, an ass eng vun de brillantsten Erreeche vun der technologescher Revolutioun.