Ласер се односи на процес и инструмент за генерисање колимираних, монохроматских, кохерентних светлосних снопова путем стимулисаног појачавања зрачењем и неопходне повратне спреге. У основи, генерисање ласера захтева три елемента: „резонатор“, „медијум за појачање“ и „извор пумпања“.
А. Принцип
Стање кретања атома може се поделити на различите енергетске нивое, и када атом прелази са високог енергетског нивоа на ниски енергетски ниво, он ослобађа фотоне одговарајуће енергије (тзв. спонтано зрачење). Слично томе, када фотон падне на систем енергетских нивоа и он га апсорбује, то ће узроковати да атом пређе са ниског енергетског нивоа на високи енергетски ниво (тзв. побуђена апсорпција); затим, неки од атома који прелазе на више енергетске нивое прећи ће на ниже енергетске нивое и емитовати фотоне (тзв. стимулисано зрачење). Ова кретања се не дешавају изоловано, већ често паралелно. Када створимо услов, као што је коришћење одговарајућег медијума, резонатора, довољно спољашњег електричног поља, стимулисано зрачење се појачава тако да је више од стимулисане апсорпције, онда ће генерално бити емитованих фотона, што резултира ласерском светлошћу.
Б. Класификација
Према медијуму који производи ласер, ласер се може поделити на течни ласер, гасни ласер и чврсти ласер. Тренутно је најчешћи полупроводнички ласер врста чврстог ласера.
Ц. Састав
Већина ласера се састоји од три дела: система побуђивања, ласерског материјала и оптичког резонатора. Системи побуђивања су уређаји који производе светлосну, електричну или хемијску енергију. Тренутно, главна средства подстицања која се користе су светлост, електрицитет или хемијска реакција. Ласерске супстанце су супстанце које могу да производе ласерску светлост, као што су рубини, берилијумско стакло, неонски гас, полупроводници, органске боје итд. Улога контроле оптичке резонанције је да побољша осветљеност излазног ласера, подеси и изабере таласну дужину и смер ласера.
Д. Примена
Ласер се широко користи, углавном за оптичку комуникацију, ласерско мерење домета, ласерско сечење, ласерско оружје, ласерски диск и тако даље.
Е. Историја
Године 1958, амерички научници Сјаолуо и Таунс открили су магичан феномен: када су светлост коју емитује унутрашња сијалица усмерили на кристал ретке земље, молекули кристала ће емитовати јарку, увек заједно јаку светлост. Према овом феномену, предложили су „принцип ласера“, односно, када се супстанца побуди истом енергијом као што је природна фреквенција осциловања њених молекула, она ће произвести ову јаку светлост која се не дивергира – ласер. Пронашли су важне радове за ово.
Након објављивања резултата истраживања Скиола и Таунса, научници из разних земаља предложили су различите експерименталне шеме, али оне нису биле успешне. 15. маја 1960. године, Мејман, научник у Хјуз лабораторији у Калифорнији, објавио је да је добио ласер са таласном дужином од 0,6943 микрона, што је био први ласер који су људи икада добили, а Мејман је тако постао први научник на свету који је увео ласере у практичну област.
7. јула 1960. године, Мејман је објавио рођење првог ласера на свету. Мејманова шема је да користи блиц цеви високог интензитета за стимулацију атома хрома у кристалу рубина, чиме се ствара веома концентрована танка црвена светлосна колона. Када се активира у одређеној тачки, може достићи температуру вишу од површине Сунца.
Совјетски научник Х.Г. Басов је изумео полупроводнички ласер 1960. године. Структура полупроводничког ласера се обично састоји од P слоја, N слоја и активног слоја који формирају двоструку хетероспојницу. Његове карактеристике су: мала величина, висока ефикасност спрезања, велика брзина одзива, таласна дужина и величина се уклапају са величином оптичког влакна, могу се директно модулисати, добра кохерентност.
Шест, неки од главних праваца примене ласера
F. Ласерска комуникација
Коришћење светлости за пренос информација је данас веома уобичајено. На пример, бродови користе светла за комуникацију, а семафори користе црвену, жуту и зелену боју. Али сви ови начини преноса информација помоћу обичне светлости могу бити ограничени само на кратке удаљености. Ако желите да директно преносите информације на удаљена места путем светлости, не можете користити обичну светлост, већ само ласере.
Па како се доставља ласер? Знамо да се електрицитет може преносити дуж бакарних жица, али светлост се не може преносити дуж обичних металних жица. У ту сврху, научници су развили филамент који може да преноси светлост, назван оптичко влакно, познато као фибра. Оптичко влакно је направљено од посебних стаклених материјала, пречник је тањи од људске длаке, обично 50 до 150 микрона, и веома је меко.
У ствари, унутрашње језгро влакна је од провидног оптичког стакла са високим индексом преламања, а спољашњи премаз је направљен од стакла или пластике са ниским индексом преламања. Таква структура, с једне стране, може учинити да се светлост прелама дуж унутрашњег језгра, баш као што вода тече напред у водоводној цеви, а електрицитет се преноси напред у жици, чак и ако хиљаде увијања и окретања немају никаквог ефекта. С друге стране, премаз са ниским индексом преламања може спречити цурење светлости, баш као што водоводна цев не цури, а изолациони слој жице не проводи електрицитет.
Појава оптичких влакана решава начин преноса светлости, али то не значи да се помоћу њих било која светлост може преносити на велике удаљености. Само висок сјај, чисте боје, добар усмерени ласер, је најидеалнији извор светлости за пренос информација, улази се са једног краја влакна, готово да нема губитака, а излази се са другог краја. Стога је оптичка комуникација у суштини ласерска комуникација, која има предности великог капацитета, високог квалитета, широког извора материјала, јаке поверљивости, издржљивости итд., а научници је проглашавају револуцијом у области комуникације и једним од најбриљантнијих достигнућа у технолошкој револуцији.
Време објаве: 29. јун 2023.