اصل لیزر و کاربرد آن

لیزر به فرآیند و ابزار تولید پرتوهای نوری جمع شده ، تک رنگ ، منسجم از طریق تقویت تابش تحریک شده و بازخورد لازم اشاره دارد. در اصل ، تولید لیزر به سه عنصر نیاز دارد: "یک طنین انداز" ، "یک رسانه افزایش" و "منبع پمپاژ".

الف

حالت حرکت یک اتم را می توان به سطح انرژی مختلف تقسیم کرد و هنگامی که اتم از سطح انرژی بالا به سطح انرژی کم منتقل می شود ، فوتون های انرژی مربوطه (به اصطلاح تابش خود به خود) را آزاد می کند. به طور مشابه ، هنگامی که یک فوتون در یک سیستم سطح انرژی حادثه ای است و توسط آن جذب می شود ، باعث می شود اتم از سطح انرژی کم به سطح انرژی بالا (به اصطلاح جذب هیجان زده) انتقال یابد. سپس ، برخی از اتم هایی که به سطح انرژی بالاتر منتقل می شوند ، به سطح انرژی کاهش می یابند و فوتون ها را ساطع می کنند (به اصطلاح تابش تحریک شده). این حرکات در انزوا اتفاق نمی افتد ، اما اغلب به صورت موازی. هنگامی که ما شرایطی را ایجاد می کنیم ، مانند استفاده از محیط مناسب ، طنین انداز ، میدان الکتریکی خارجی به اندازه کافی ، تابش تحریک شده تقویت می شود به طوری که بیشتر از جذب تحریک شده ، به طور کلی فوتون ساطع می شود و در نتیجه نور لیزر ایجاد می شود.

طبقه بندی B.

با توجه به رسانه ای که لیزر را تولید می کند ، لیزر را می توان به لیزر مایع ، لیزر گاز و لیزر جامد تقسیم کرد. اکنون شایع ترین لیزر نیمه هادی نوعی لیزر با حالت جامد است.

ج. ترکیب

بیشتر لیزرها از سه بخش تشکیل شده اند: سیستم تحریک ، مواد لیزر و طنین انداز نوری. سیستم های تحریک دستگاه هایی هستند که انرژی نور ، الکتریکی یا شیمیایی تولید می کنند. در حال حاضر ، اصلی ترین انگیزه مورد استفاده نور ، برق یا واکنش شیمیایی است. مواد لیزر موادی هستند که می توانند نور لیزر تولید کنند ، مانند یاقوت ، شیشه بریلیم ، گاز نئون ، نیمه هادی ها ، رنگهای ارگانیک و غیره. نقش کنترل رزونانس نوری افزایش روشنایی لیزر خروجی ، تنظیم و انتخاب طول موج و جهت لیزر است.

D. برنامه کاربردی

لیزر به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد ، به طور عمده ارتباط فیبر ، لیزر ، برش لیزر ، سلاح های لیزری ، دیسک لیزر و غیره.

تاریخ

در سال 1958 ، دانشمندان آمریکایی شیائولو و تاونز یک پدیده جادویی را کشف کردند: هنگامی که آنها نور را که توسط لامپ داخلی بر روی یک کریستال زمین نادر ساطع می شود ، قرار می دهند ، مولکول های کریستال روشن می شوند ، همیشه با هم نور قوی. طبق این پدیده ، آنها "اصل لیزر" را پیشنهاد کردند ، یعنی وقتی این ماده با همان انرژی به عنوان فرکانس نوسانات طبیعی مولکول های آن هیجان زده می شود ، این نور قوی را تولید می کند که واگرایی نمی کند - لیزر. آنها مقالات مهمی برای این کار پیدا کردند.

پس از انتشار نتایج تحقیق Sciolo و Townes ، دانشمندان کشورهای مختلف طرح های آزمایشی مختلفی را ارائه دادند ، اما آنها موفق نبودند. در 15 مه 1960 ، ماییمن ، دانشمند آزمایشگاه هیوز در کالیفرنیا ، اعلام کرد که با طول موج 0.6943 میکرون لیزر به دست آورده است ، که اولین لیزری بود که تاکنون توسط انسان بدست آمده است ، و میمن به این ترتیب اولین دانشمند جهان شد که لیزرها را در زمینه عملی معرفی کرد.

در 7 ژوئیه 1960 ، ماین از تولد اولین لیزر جهان خبر داد ، طرح ماییمن استفاده از یک لوله فلاش با شدت بالا برای تحریک اتم های کروم در یک کریستال یاقوت است ، بنابراین یک ستون نور قرمز نازک بسیار غلیظ تولید می کند ، هنگامی که در یک نقطه خاص شلیک می شود ، می تواند به دمای بالاتر از سطح خورشید برسد.

دانشمند اتحاد جماهیر شوروی H.γ Basov در سال 1960 لیزر نیمه هادی را اختراع کرد. ساختار لیزر نیمه هادی معمولاً از لایه P ، لایه N و لایه فعال تشکیل شده است که باعث ایجاد ناهمگونی مضاعف می شود. ویژگی های آن عبارتند از: اندازه کوچک ، راندمان اتصال بالا ، سرعت پاسخ سریع ، طول موج و اندازه مناسب با اندازه فیبر نوری ، می تواند به طور مستقیم تعدیل شود ، انسجام خوبی.

شش ، برخی از مسیرهای اصلی کاربرد لیزر

F. ارتباط لیزر

استفاده از نور برای انتقال اطلاعات امروز بسیار متداول است. به عنوان مثال ، کشتی ها از چراغ ها برای برقراری ارتباط استفاده می کنند و چراغ های راهنمایی و رانندگی از قرمز ، زرد و سبز استفاده می کنند. اما همه این روشهای انتقال اطلاعات با استفاده از نور معمولی فقط می تواند به مسافت های کوتاه محدود شود. اگر می خواهید اطلاعات را مستقیماً از طریق نور به مکانهای دوردست منتقل کنید ، نمی توانید از نور معمولی استفاده کنید ، بلکه فقط از لیزر استفاده می کنید.

بنابراین چگونه لیزر را تحویل می دهید؟ ما می دانیم که برق را می توان در امتداد سیم های مسی حمل کرد ، اما نور را نمی توان در امتداد سیم های فلزی معمولی حمل کرد. برای این منظور ، دانشمندان رشته ای تهیه کرده اند که می تواند نور را به نام فیبر نوری منتقل کند و به آن فیبر گفته می شود. فیبر نوری از مواد شیشه ای مخصوص ساخته شده است ، قطر آن از موهای انسان نازک تر است ، معمولاً 50 تا 150 میکرون و بسیار نرم است.

در حقیقت ، هسته داخلی فیبر ضریب شکست بالایی از شیشه نوری شفاف است و پوشش بیرونی از شیشه یا پلاستیک با ضریب شکست کم ساخته شده است. چنین ساختاری ، از یک طرف ، می تواند نور را در امتداد هسته داخلی ، دقیقاً مانند آب که در لوله آب به جلو جریان می یابد ، کاهش دهد ، برق به جلو در سیم منتقل می شود ، حتی اگر هزاران پیچ و تاب و چرخش هیچ تاثیری نداشته باشد. از طرف دیگر ، روکش شاخص کم کننده می تواند از نشت نور جلوگیری کند ، درست همانطور که لوله آب از بین نمی رود و لایه عایق سیم برق را انجام نمی دهد.

ظاهر فیبر نوری روش انتقال نور را حل می کند ، اما این بدان معنا نیست که با آن ، هر نوری را می توان به خیلی دور منتقل کرد. فقط روشنایی بالا ، رنگ خالص ، لیزر جهت دار خوب ، ایده آل ترین منبع نور برای انتقال اطلاعات است ، این ورودی از یک انتهای فیبر است ، تقریباً بدون از دست دادن و خروجی از انتهای دیگر. بنابراین ، ارتباط نوری در اصل ارتباط لیزر است ، که دارای مزایای ظرفیت زیاد ، کیفیت بالا ، منبع گسترده مواد ، محرمانه بودن قوی ، دوام و غیره است و توسط دانشمندان به عنوان یک انقلاب در زمینه ارتباطات مورد استقبال قرار می گیرد و یکی از درخشان ترین دستاوردهای در انقلاب فناوری است.