עקרון לייזר ויישומו

לייזר מתייחס לתהליך ולמכשיר של יצירת קורות אור קוהרומטיות, מונוכרומטיות, קוהרנטיות באמצעות הגברת קרינה מגורה ומשוב הכרחי. בעיקרון, דור לייזר דורש שלושה אלמנטים: "מהדהד", "מדיום רווח", ו"מקור שאיבה ".

עקרון א

ניתן לחלק את מצב התנועה של אטום לרמות אנרגיה שונות, וכאשר האטום עובר מרמת אנרגיה גבוהה לרמת אנרגיה נמוכה, הוא משחרר פוטונים של אנרגיה תואמת (מה שנקרא קרינה ספונטנית). באופן דומה, כאשר פוטון מתרחש במערכת ברמת אנרגיה ונספג על ידו, הוא יגרום לאטום לעבור מרמת אנרגיה נמוכה לרמת אנרגיה גבוהה (מה שנקרא ספיגה נרגשת); לאחר מכן, חלק מהאטומים המעברים לרמות אנרגיה גבוהות יותר יעברו להוריד את רמות האנרגיה ויפלטו פוטונים (מה שנקרא קרינה מגורה). תנועות אלה אינן מתרחשות בבידוד, אלא לעתים קרובות במקביל. כאשר אנו יוצרים מצב, כגון שימוש במדיום המתאים, התהודה, מספיק שדה חשמלי חיצוני, הקרינה המגורה מוגברת כך שיותר מאשר הקליטה המגורה, אז באופן כללי, יהיו פוטונים שנפלטו, וכתוצאה מכך אור לייזר.

ב. סיווג

על פי המדיום המייצר את הלייזר, ניתן לחלק את הלייזר ללייזר נוזלי, לייזר גז ולייזר מוצק. כעת לייזר המוליכים למחצה הנפוץ ביותר הוא סוג של לייזר במצב מוצק.

C. קומפוזיציה

מרבית הלייזרים מורכבים משלושה חלקים: מערכת עירור, חומר לייזר ותהודה אופטית. מערכות עירור הן מכשירים המייצרים אנרגיה קלה, חשמלית או כימית. נכון לעכשיו, אמצעי התמריץ העיקריים המשמשים הם אור, חשמל או תגובה כימית. חומרי לייזר הם חומרים שיכולים לייצר אור לייזר, כמו אודם, זכוכית בריליום, גז ניאון, מוליכים למחצה, צבעים אורגניים וכו '. תפקיד בקרת התהודה האופטית הוא לשפר את בהירות לייזר הפלט, להתאים ולבחור את אורך הגל וכיוון הלייזר.

ד. יישום

לייזר נמצא בשימוש נרחב, בעיקר תקשורת סיבים, טווח לייזר, חיתוך לייזר, נשק לייזר, דיסק לייזר וכן הלאה.

היסטוריה

בשנת 1958 גילו המדענים האמריקאים שיאולו ועיירות תופעה קסומה: כאשר הם מניחים את האור הנפלט על ידי הנורה הפנימית על גביש אדמה נדיר, מולקולות הגביש יפלטו אור בהיר, תמיד יחד אור חזק. על פי תופעה זו, הם הציעו את "עקרון הלייזר", כלומר, כאשר החומר מתרגש מאותה אנרגיה כמו תדירות התנודה הטבעית של המולקולות שלו, היא תייצר אור חזק זה שאינו נוגד - לייזר. הם מצאו מאמרים חשובים לכך.

לאחר פרסום תוצאות המחקר של Sciolo ו- Townes, המדענים ממדינות שונות הציעו תוכניות ניסוי שונות, אך הם לא הצליחו. ב- 15 במאי 1960 הודיע ​​מיימן, מדען במעבדת יוז בקליפורניה, כי השיג לייזר באורך גל של 0.6943 מיקרון, שהיה הלייזר הראשון שהושג אי פעם על ידי בני אדם, ומאימן הפך אפוא למדען הראשון בעולם להכניס לייזר לתחום המעשי.

ב- 7 ביולי 1960 הודיע ​​מיימן על לידתו של הלייזר הראשון בעולם, התוכנית של מיימן היא להשתמש בצינור פלאש בעוצמה גבוהה כדי לעורר אטומי כרום בקריסטל אודם, ובכך לייצר עמוד אור אדום דק מרוכז מאוד, כאשר הוא מפוטר בנקודה מסוימת, הוא יכול להגיע לטמפרטורה גבוהה יותר משטח השמש.

המדען הסובייטי H.γ Basov המציא את לייזר המוליכים למחצה בשנת 1960. המבנה של לייזר מוליכים למחצה מורכב בדרך כלל משכבת ​​P, שכבת N ושכבה פעילה המהווים הטרוג'ונטינג כפול. מאפייניו הם: גודל קטן, יעילות צימוד גבוהה, מהירות תגובה מהירה, אורך גל וגודל המתאימים לגודל הסיבים האופטיים, ניתן לשנות את המווסת ישירות, קוהרנטיות טובה.

שישה, חלק מהוראות היישום העיקריות של לייזר

פ. תקשורת לייזר

השימוש באור להעברת מידע נפוץ מאוד כיום. לדוגמה, אוניות משתמשות באורות כדי לתקשר, ורמזורים משתמשים באדום, צהוב וירוק. אך כל הדרכים הללו להעברת מידע באמצעות אור רגיל יכולות להיות מוגבלות רק למרחקים קצרים. אם ברצונך להעביר מידע ישירות למקומות רחוקים דרך אור, אינך יכול להשתמש באור רגיל, אלא להשתמש רק בלייזרים.

אז איך מספקים את הלייזר? אנו יודעים שניתן לשאת חשמל לאורך חוטי נחושת, אך לא ניתן לשאת אור לאורך חוטי מתכת רגילים. לשם כך, מדענים פיתחו נימה שיכולה להעביר אור, המכונה סיבים אופטיים, המכונה סיבים. סיבים אופטיים עשויים מחומרי זכוכית מיוחדים, הקוטר דק יותר משיער אנושי, בדרך כלל 50 עד 150 מיקרון, ורך מאוד.

למעשה, הגרעין הפנימי של הסיב הוא מדד שבירה גבוה של זכוכית אופטית שקופה, והציפוי החיצוני עשוי מזכוכית או פלסטיק נמוך של אינדקס שבירה. מבנה כזה, מצד אחד, יכול לגרום לאור לשבור לאורך הליבה הפנימית, ממש כמו מים הזורמים קדימה בצינור המים, לחשמל המועבר קדימה בחוט, גם אם אלפי פיתולים ופניות אין השפעה. מצד שני, ציפוי האינדקס הנמוך-שקרני יכול למנוע את הדלפת האור, כשם שצינור המים אינו מחלחל ושכבת הבידוד של החוט אינה מוליכה חשמל.

המראה של סיבים אופטיים פותר את דרך העברת האור, אך אין פירושו שאיתו ניתן להעביר כל אור רחוק מאוד. רק בהירות גבוהה, צבע טהור, לייזר כיווני טוב, הוא מקור האור האידיאלי ביותר להעברת מידע, הוא קלט מקצה אחד של הסיבים, כמעט ללא אובדן ופלט מהקצה השני. לפיכך, תקשורת אופטית היא למעשה תקשורת לייזר, בעלת היתרונות של יכולת גדולה, איכות גבוהה, מקור חומרים רחב, סודיות חזקה, עמידות וכו ', והיא נערכת על ידי מדענים כמהפכה בתחום התקשורת, והיא אחת ההישגים המבריקים ביותר במהפכה הטכנולוגית.