Laser refere-se ao processo e instrumento de geração de feixes de luz colimados, monocromáticos e coerentes por meio da amplificação da radiação estimulada e do feedback necessário.Basicamente, a geração do 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 incide em um sistema de nível de energia e é absorvido por ele, fará com que o átomo faça a transição de um nível de energia baixo para um nível de energia alto (a chamada absorção excitada);Então, alguns dos átomos que fazem a transição para níveis de energia mais elevados farão a transição para níveis de energia mais baixos e emitirão fótons (a chamada radiação estimulada).Esses movimentos não ocorrem isoladamente, mas muitas vezes em paralelo.Quando criamos uma condição, como usar meio apropriado, ressonador, campo elétrico externo suficiente, a radiação estimulada é amplificada de forma que mais do que a absorção estimulada, então em geral haverá emissão de fótons, resultando em luz laser.
B. Classificação
De acordo com o meio que produz o laser, o laser pode ser dividido em laser líquido, laser a gás e laser sólido.Agora, o laser semicondutor mais comum é uma espécie de laser de estado sólido.
C. Composição
A maioria dos lasers é composta de três partes: sistema de excitação, material do laser e ressonador óptico.Sistemas de excitação são dispositivos que produzem energia luminosa, elétrica ou química.Actualmente, os principais meios de incentivo utilizados são a luz, a electricidade ou a reacção química.Substâncias laser são substâncias que podem produzir luz laser, como rubis, vidro de berílio, gás neon, semicondutores, corantes orgânicos, etc. O papel do controle de ressonância óptica é aumentar o brilho do laser de saída, ajustar e selecionar o comprimento de onda e direção do laser.
D. Aplicação
O laser é amplamente utilizado, principalmente comunicação de fibra, alcance de 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: quando colocam a luz emitida pela lâmpada interna em um cristal de terras raras, as moléculas do cristal emitem uma luz brilhante e sempre forte.De acordo com esse fenômeno, propuseram o “princípio do laser”, ou seja, quando a substância é excitada pela mesma energia que a frequência natural de oscilação de suas moléculas, ela produzirá essa luz forte e que não diverge – o laser.Eles encontraram documentos importantes para isso.
Após a publicação dos resultados da pesquisa de Sciolo e Townes, cientistas de vários países propuseram vários esquemas experimentais, mas não tiveram sucesso.Em 15 de maio de 1960, Mayman, um cientista do Laboratório Hughes, na Califórnia, anunciou que havia obtido um laser com comprimento de onda de 0,6943 mícrons, que foi o primeiro laser já obtido por humanos, e Mayman se tornou assim o primeiro cientista do mundo introduzir lasers no campo prático.
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 fina coluna de luz vermelha muito concentrada, quando é disparado. a certa altura, pode atingir uma temperatura superior à da superfície do sol.
O cientista soviético H.Γ Basov inventou o laser semicondutor em 1960. A estrutura do laser semicondutor é geralmente composta de camada P, camada N e camada ativa que formam dupla heterojunção.Suas características são: tamanho pequeno, alta eficiência de acoplamento, velocidade de resposta rápida, comprimento de onda e tamanho adequados ao tamanho da fibra óptica, podem ser modulados diretamente, boa coerência.
Seis, algumas das principais direções de aplicação do laser
F. Comunicação a laser
Usar a luz para transmitir informações é muito comum hoje.Por exemplo, os navios usam semáforos para se comunicar e os semáforos usam vermelho, amarelo e verde.Mas todas essas formas de transmissão de informações usando luz comum só podem ser limitadas a distâncias curtas.Se você deseja transmitir informações diretamente para lugares distantes através 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 tanto, os cientistas desenvolveram um filamento que pode transmitir luz, chamado fibra óptica, conhecida como fibra.A fibra óptica é feita de materiais de vidro especiais, o diâmetro é mais fino que um fio de cabelo humano, geralmente de 50 a 150 mícrons, e muito macio.
Na verdade, o núcleo interno da fibra é um alto índice de refração de vidro óptico transparente, e o revestimento externo é feito de vidro ou plástico de baixo índice de refração.Tal estrutura, por um lado, pode fazer com que a luz seja refratada ao longo do núcleo interno, assim como a água fluindo para frente no cano de água, a eletricidade transmitida para frente no fio, mesmo que milhares de voltas e mais voltas não tenham efeito.Por outro lado, o revestimento de baixo índice de refração pode impedir o vazamento de luz, assim como o cano de água não vaza e a camada de isolamento do fio não conduz eletricidade.
O surgimento da fibra óptica resolve a forma de transmissão da luz, mas não significa que com ela qualquer luz possa ser transmitida para muito longe.Somente alto brilho, cor pura, bom laser direcional, é a fonte de luz ideal para transmitir informações, é entrada de uma extremidade da fibra, quase nenhuma perda e saída da outra extremidade.Portanto, a comunicação óptica é essencialmente uma comunicação a laser, que tem as vantagens de grande capacidade, alta qualidade, ampla fonte de materiais, forte confidencialidade, durabilidade, etc., e é aclamada pelos cientistas como uma revolução no campo da comunicação, e é uma das conquistas mais brilhantes da revolução tecnológica.
Horário da postagem: 29 de junho de 2023