Láser se refiere al proceso e instrumento de generar haces de luz coherentes, monocromáticos y colimados mediante la amplificación de la radiación estimulada y la retroalimentación necesaria. Básicamente, la generación de láser requiere tres elementos: un "resonador", un "medio de ganancia" y una "fuente de bombeo".
A. Principio
El estado de movimiento de un átomo se puede dividir en diferentes niveles de energía, y cuando el átomo pasa de un nivel de energía alto a un nivel de energía bajo, libera fotones de la energía correspondiente (la llamada radiación espontánea). De manera similar, cuando un fotón incide sobre un sistema de niveles de energía y es absorbido por él, hará que el átomo pase de un nivel de energía bajo a un nivel de energía alto (la llamada absorción excitada); Luego, algunos de los átomos que pasan a niveles de energía más altos pasarán a niveles de energía más bajos y emitirán fotones (la llamada radiación estimulada). Estos movimientos no ocurren de forma aislada, sino a menudo en paralelo. Cuando creamos una condición, como usar el medio apropiado, un resonador, suficiente campo eléctrico externo, la radiación estimulada se amplifica de modo que más que la absorción estimulada, entonces, en general, se emitirán fotones, lo que resultará en luz láser.
B. Clasificación
Según el medio que produce el láser, el láser se puede dividir en láser líquido, láser de gas y láser sólido. Actualmente, el láser semiconductor más común es un tipo de láser de estado sólido.
C. Composición
La mayoría de los láseres se componen de tres partes: sistema de excitación, material láser y resonador óptico. Los sistemas de excitación son dispositivos que producen energía luminosa, eléctrica o química. En la actualidad, los principales medios de incentivo utilizados son la luz, la electricidad o la reacción química. Las sustancias láser son sustancias que pueden producir luz láser, como rubíes, vidrio de berilio, gas neón, semiconductores, tintes orgánicos, etc. La función del control de resonancia óptica es mejorar el brillo del láser de salida, ajustar y seleccionar la longitud de onda y la dirección. del láser.
D. Solicitud
El láser se utiliza ampliamente, principalmente comunicación por fibra, alcance por láser, corte por láser, armas láser, discos láser, etc.
E. Historia
En 1958, los científicos estadounidenses Xiaoluo y Townes descubrieron un fenómeno mágico: cuando colocaban la luz emitida por la bombilla interna sobre un cristal de tierras raras, las moléculas del cristal emitirían una luz brillante, siempre juntas y potente. Según este fenómeno, propusieron el “principio del láser”, es decir, cuando la sustancia es excitada por la misma energía que la frecuencia de oscilación natural de sus moléculas, producirá esta luz fuerte que no diverge: el láser. Encontraron documentos importantes para esto.
Después de la publicación de los resultados de la investigación de Sciolo y Townes, científicos de varios países propusieron varios esquemas experimentales, pero no tuvieron éxito. El 15 de mayo de 1960, Mayman, un científico del Laboratorio Hughes en California, anunció que había obtenido un láser con una longitud de onda de 0,6943 micrones, que era el primer láser jamás obtenido por humanos, y Mayman se convirtió así en el primer científico del mundo. introducir el láser en el campo práctico.
El 7 de julio de 1960, Mayman anunció el nacimiento del primer láser del mundo. El plan de Mayman consiste en utilizar un tubo de destello de alta intensidad para estimular los átomos de cromo en un cristal de rubí, produciendo así una fina columna de luz roja muy concentrada cuando se dispara. en cierto punto, puede alcanzar una temperatura superior a la de la superficie del sol.
El científico soviético H.Γ Basov inventó el láser semiconductor en 1960. La estructura del láser semiconductor suele estar compuesta por una capa P, una capa N y una capa activa que forman una doble heterounión. Sus características son: tamaño pequeño, alta eficiencia de acoplamiento, velocidad de respuesta rápida, longitud de onda y tamaño que se ajustan al tamaño de la fibra óptica, se puede modular directamente y buena coherencia.
Seis, algunas de las principales direcciones de aplicación del láser.
F. Comunicación láser
Utilizar la luz para transmitir información es muy común en la actualidad. Por ejemplo, los barcos usan luces para comunicarse y los semáforos usan rojo, amarillo y verde. Pero todas estas formas de transmitir información utilizando luz ordinaria sólo pueden limitarse a distancias cortas. Si desea transmitir información directamente a lugares distantes a través de la luz, no puede utilizar luz normal, sino únicamente láseres.
Entonces, ¿cómo se entrega el láser? Sabemos que la electricidad se puede transportar a través de cables de cobre, pero la luz no se puede transportar a través de cables metálicos comunes. Para ello, los científicos han desarrollado un filamento que puede transmitir luz, llamado fibra óptica, denominada fibra. La fibra óptica está hecha de materiales de vidrio especiales, el diámetro es más delgado que un cabello humano, generalmente de 50 a 150 micrones, y muy suave.
De hecho, el núcleo interno de la fibra es un vidrio óptico transparente de alto índice de refracción y el revestimiento exterior está hecho de vidrio o plástico de bajo índice de refracción. Tal estructura, por un lado, puede hacer que la luz se refracte a lo largo del núcleo interno, al igual que el agua que fluye hacia adelante en la tubería de agua, la electricidad transmitida hacia adelante a través del cable, incluso si miles de giros y vueltas no tienen ningún efecto. Por otro lado, el revestimiento de bajo índice de refracción puede evitar que la luz se escape, al igual que la tubería de agua no se filtra y la capa aislante del cable no conduce la electricidad.
La aparición de la fibra óptica soluciona la forma de transmitir la luz, pero no quita que con ella se pueda transmitir cualquier luz a muy lejos. Sólo el alto brillo, el color puro y el buen láser direccional son la fuente de luz más ideal para transmitir información; entra por un extremo de la fibra, casi sin pérdidas, y sale por el otro extremo. Por lo tanto, la comunicación óptica es esencialmente comunicación láser, que tiene las ventajas de gran capacidad, alta calidad, amplia fuente de materiales, gran confidencialidad, durabilidad, etc., y es aclamada por los científicos como una revolución en el campo de la comunicación, y es una de los logros más brillantes de la revolución tecnológica.
Hora de publicación: 29 de junio de 2023