Laser refere-se ao processo e instrumento de geração de feixes de luz colimados, monocromáticos e coerentes por meio da amplificação de radiação estimulada e do feedback necessário. Basicamente, a geração de laser requer três elementos: um "ressonador", um "meio de ganho" e uma "fonte de bombeamento".
A. Princípio
O estado de movimento de um átomo pode ser dividido em diferentes níveis de energia, e quando o átomo transita de um nível de alta energia para um nível de baixa energia, ele libera fótons de energia correspondente (a chamada radiação espontânea). Da mesma forma, quando um fóton é incidente em um sistema de nível de energia e absorvido por ele, ele fará com que o átomo transite de um nível de baixa energia para um nível de alta energia (a chamada absorção excitada); então, alguns dos átomos que transitam para níveis de energia mais altos transitam para níveis de energia mais baixos e emitem fótons (a chamada radiação estimulada). Esses movimentos não ocorrem isoladamente, mas frequentemente em paralelo. Quando criamos uma condição, como usar o meio apropriado, ressonador, campo elétrico externo suficiente, a radiação estimulada é amplificada de modo que mais do que a absorção estimulada, então, em geral, haverá fótons emitidos, resultando em luz laser.
B. Classificação
De acordo com o meio que produz o laser, ele pode ser dividido em laser líquido, laser a gás e laser sólido. Atualmente, o laser semicondutor mais comum é um tipo de laser de estado sólido.
C. Composição
A maioria dos lasers é composta por três partes: sistema de excitação, material laser e ressonador óptico. Sistemas de excitação são dispositivos que produzem luz, energia elétrica ou química. Atualmente, os principais meios de incentivo utilizados são luz, eletricidade ou reação química. Substâncias laser são substâncias que podem produzir luz laser, como rubis, vidro berílio, gás neon, semicondutores, corantes orgânicos, etc. A função do controle de ressonância óptica é aumentar o brilho do laser de saída, ajustar e selecionar o comprimento de onda e a direção do laser.
D. Aplicação
O laser é amplamente utilizado, principalmente em comunicação por fibra, alcance a laser, corte a laser, armas a laser, disco laser e assim por diante.
E. História
Em 1958, os cientistas americanos Xiaoluo e Townes descobriram um fenômeno mágico: ao incidir a luz emitida pela lâmpada interna sobre um cristal de terras raras, as moléculas do cristal emitiam uma luz brilhante, sempre em conjunto, intensa. Baseando-se nesse fenômeno, eles propuseram o "princípio do laser", ou seja, quando a substância é excitada pela mesma energia que a frequência de oscilação natural de suas moléculas, ela produz uma luz intensa que não diverge – o laser. Eles encontraram artigos importantes sobre esse assunto.
Após a publicação dos resultados da pesquisa de Sciolo e Townes, cientistas de vários países propuseram diversos esquemas experimentais, mas sem sucesso. Em 15 de maio de 1960, Mayman, cientista do Laboratório Hughes, na Califórnia, anunciou ter obtido um laser com comprimento de onda de 0,6943 mícrons, o primeiro laser já obtido por humanos, tornando-se assim o primeiro cientista do mundo a introduzir lasers na prática.
Em 7 de julho de 1960, Mayman anunciou o nascimento do primeiro laser do mundo. O esquema de Mayman é usar um tubo de flash de alta intensidade para estimular átomos de cromo em um cristal de rubi, produzindo assim uma coluna de luz vermelha fina e muito concentrada. Quando disparada em um determinado ponto, ela pode atingir uma temperatura maior que a superfície do sol.
O cientista soviético H.Γ Basov inventou o laser semicondutor em 1960. A estrutura do laser semicondutor é geralmente composta por uma camada P, uma camada N e uma camada ativa, que formam uma heterojunção dupla. Suas características são: tamanho pequeno, alta eficiência de acoplamento, alta velocidade de resposta, comprimento de onda e tamanho adequados ao tamanho da fibra óptica, modulação direta e boa coerência.
Seis, algumas das principais direções de aplicação do laser
F. Comunicação a laser
O uso da luz para transmitir informações é muito comum hoje em dia. Por exemplo, navios usam luzes para se comunicar e semáforos usam vermelho, amarelo e verde. Mas todas essas formas de transmissão de informações usando luz comum só podem ser limitadas a curtas distâncias. Se você deseja transmitir informações diretamente para lugares distantes por meio da luz, não pode usar luz comum, mas apenas lasers.
Então, como você entrega o laser? Sabemos que a eletricidade pode ser transportada por fios de cobre, mas a luz não pode ser transportada por fios de metal comuns. Para isso, os cientistas desenvolveram um filamento que pode transmitir luz, chamado fibra óptica. A fibra óptica é feita de materiais de vidro especiais, com diâmetro mais fino que um fio de cabelo humano, geralmente de 50 a 150 mícrons, e muito macia.
De fato, o núcleo interno da fibra é feito de vidro óptico transparente de alto índice de refração, e o revestimento externo é feito de vidro ou plástico de baixo índice de refração. Tal estrutura, por um lado, permite que a luz seja refratada ao longo do núcleo interno, assim como a água flui para frente em um cano d'água e a eletricidade é transmitida para frente no fio, mesmo que milhares de voltas e reviravoltas não tenham efeito. Por outro lado, o revestimento de baixo índice de refração impede o vazamento de luz, assim como o cano d'água não vaza e a camada isolante do fio não conduz eletricidade.
O surgimento da fibra óptica solucionou a forma de transmissão da luz, mas isso não significa que, com ela, qualquer luz possa ser transmitida a grandes distâncias. Somente um laser de alto brilho, cores puras e boa direção é a fonte de luz ideal para transmitir informações. A entrada é feita por uma extremidade da fibra, com quase nenhuma perda, e a saída é feita pela outra extremidade. Portanto, a comunicação óptica é essencialmente comunicação a laser, que possui as vantagens de grande capacidade, alta qualidade, ampla gama de materiais, alta confidencialidade, durabilidade, etc., sendo aclamada pelos cientistas como uma revolução no campo da comunicação e uma das conquistas mais brilhantes da revolução tecnológica.
Horário da publicação: 29/06/2023