Lazeris – tai procesas ir prietaisas, generuojantis kolimuotus, monochromatinius, koherentinius šviesos pluoštus, naudojant stimuliuojamą spinduliuotės stiprinimą ir reikiamą grįžtamąjį ryšį. Iš esmės lazerio generavimui reikalingi trys elementai: „rezonatorius“, „stiprinimo terpė“ ir „kaupinimo šaltinis“.
A. Principas
Atomo judėjimo būseną galima suskirstyti į skirtingus energijos lygmenis, ir kai atomas pereina iš aukšto energijos lygmens į žemą energijos lygmenį, jis išskiria atitinkamos energijos fotonus (vadinamoji savaiminė spinduliuotė). Panašiai, kai fotonas krinta į energijos lygmenų sistemą ir yra jos absorbuojamas, jis sukelia atomo perėjimą iš žemo energijos lygmens į aukštą energijos lygmenį (vadinamoji sužadinta absorbcija); tada kai kurie atomai, pereinantys į aukštesnius energijos lygmenis, pereis į žemesnius energijos lygmenis ir spinduliuos fotonus (vadinamoji stimuliuojama spinduliuotė). Šie judėjimai nevyksta atskirai, o dažnai lygiagrečiai. Kai sukuriame sąlygas, pavyzdžiui, naudojant tinkamą terpę, rezonatorių, pakankamai stiprų išorinį elektrinį lauką, stimuliuojama spinduliuotė sustiprinama taip, kad daugiau nei stimuliuojama absorbcija, tada paprastai bus išspinduliuojami fotonai, todėl susidaro lazerio šviesa.
B. Klasifikacija
Pagal lazerio terpę, lazeris gali būti skirstomas į skystąjį lazerį, dujų lazerį ir kietąjį lazerį. Šiuo metu labiausiai paplitęs puslaidininkinis lazeris yra kietojo kūno lazerio rūšis.
C. Sudėtis
Dauguma lazerių sudaryti iš trijų dalių: sužadinimo sistemos, lazerinės medžiagos ir optinio rezonatoriaus. Sužadinimo sistemos – tai įtaisai, gaminantys šviesą, elektros arba cheminę energiją. Šiuo metu pagrindinės naudojamos skatinimo priemonės yra šviesa, elektra arba cheminė reakcija. Lazerinės medžiagos – tai medžiagos, galinčios skleisti lazerio šviesą, pavyzdžiui, rubinai, berilio stiklas, neono dujos, puslaidininkiai, organiniai dažikliai ir kt. Optinio rezonanso valdymo vaidmuo – padidinti išėjimo lazerio ryškumą, reguliuoti ir pasirinkti lazerio bangos ilgį ir kryptį.
D. Paraiška
Lazeris plačiai naudojamas, daugiausia šviesolaidiniame ryšyje, lazeriniame diapazono matavime, lazeriniame pjovime, lazeriniuose ginkluose, lazeriniuose diskuose ir kt.
E. Istorija
1958 m. amerikiečių mokslininkai Xiaoluo ir Townes atrado magišką reiškinį: kai jie nukreipė vidinės lemputės skleidžiamą šviesą į retųjų žemių kristalą, kristalo molekulės skleis ryškią, visada kartu stiprią šviesą. Remdamiesi šiuo reiškiniu, jie pasiūlė „lazerio principą“, tai yra, kai medžiaga sužadinama ta pačia energija, kaip ir jos molekulių natūralus virpesių dažnis, ji skleis stiprią, nesidiverguojančią šviesą – lazerį. Jie rado svarbius straipsnius, susijusius su šiuo reiškiniu.
Po Sciolo ir Townes tyrimų rezultatų paskelbimo įvairių šalių mokslininkai siūlė įvairias eksperimentines schemas, tačiau jos nebuvo sėkmingos. 1960 m. gegužės 15 d. Maymanas, Hugheso laboratorijos Kalifornijoje mokslininkas, paskelbė, kad gavo 0,6943 mikrono bangos ilgio lazerį, kuris buvo pirmasis žmonių sukurtas lazeris, ir tokiu būdu Maymanas tapo pirmuoju mokslininku pasaulyje, pritaikiusiu lazerius praktinėje srityje.
1960 m. liepos 7 d. Maymanas paskelbė apie pirmojo pasaulyje lazerio gimimą. Maymano schema yra panaudoti didelio intensyvumo blykstės vamzdelį chromo atomams stimuliuoti rubino kristale, taip sukuriant labai koncentruotą ploną raudonos šviesos stulpelį, kuris, įjungtas tam tikrame taške, gali pasiekti aukštesnę temperatūrą nei Saulės paviršiaus.
Sovietų Sąjungos mokslininkas H. G. Basovas 1960 m. išrado puslaidininkinį lazerį. Puslaidininkinio lazerio struktūrą paprastai sudaro P sluoksnis, N sluoksnis ir aktyvus sluoksnis, kurie sudaro dvigubą heterosandūrą. Jo charakteristikos: mažas dydis, didelis sujungimo efektyvumas, greitas atsako greitis, bangos ilgis ir dydis atitinka optinio pluošto dydį, gali būti tiesiogiai moduliuojamas, geras koherencingumas.
Šešta, kelios pagrindinės lazerio taikymo sritys
F. Lazerinis ryšys
Šviesos naudojimas informacijai perduoti šiandien yra labai įprastas. Pavyzdžiui, laivai naudoja šviesas bendravimui, o šviesoforai – raudoną, geltoną ir žalią spalvas. Tačiau visi šie informacijos perdavimo būdai naudojant įprastą šviesą gali būti apriboti tik nedideliais atstumais. Jei norite perduoti informaciją tiesiai į tolimas vietas šviesa, negalite naudoti įprastos šviesos, o tik lazerius.
Taigi, kaip perduoti lazerį? Žinome, kad elektra gali būti perduodama variniais laidais, bet šviesa negali būti perduodama įprastais metaliniais laidais. Šiuo tikslu mokslininkai sukūrė šviesą praleidžiantį siūlą, vadinamą optiniu pluoštu. Optinis pluoštas pagamintas iš specialių stiklo medžiagų, kurių skersmuo yra plonesnis nei žmogaus plaukas, paprastai nuo 50 iki 150 mikronų, ir labai minkštas.
Iš tiesų, vidinis pluošto branduolys yra pagamintas iš didelio lūžio rodiklio skaidraus optinio stiklo, o išorinė danga pagaminta iš mažo lūžio rodiklio stiklo arba plastiko. Tokia struktūra, viena vertus, gali lūžti šviesai išilgai vidinio branduolio, kaip vanduo teka vandens vamzdžiu, o elektra perduodama laidu pirmyn, net jei tūkstančiai posūkių ir susukimų neturi jokio poveikio. Kita vertus, mažo lūžio rodiklio danga gali užkirsti kelią šviesai nutekėti, lygiai taip pat, kaip vandens vamzdis nepraleidžia vandens, o laido izoliacijos sluoksnis nelaidus elektrai.
Optinio pluošto atsiradimas išsprendžia šviesos perdavimo būdą, tačiau tai nereiškia, kad juo bet kokia šviesa gali būti perduodama labai toli. Tik didelis ryškumas, gryna spalva, geras kryptinis lazeris yra idealiausias šviesos šaltinis informacijai perduoti, ji įvedama iš vieno pluošto galo, beveik nėra nuostolių ir išvedama iš kito galo. Todėl optinis ryšys iš esmės yra lazerinis ryšys, turintis didelės talpos, aukštos kokybės, plataus medžiagų šaltinio, stipraus konfidencialumo, ilgaamžiškumo ir kt. privalumus, ir mokslininkai jį vadina revoliucija komunikacijos srityje ir vienu ryškiausių technologinės revoliucijos pasiekimų.
Įrašo laikas: 2023 m. birželio 29 d.