Il-prinċipju tal-lejżer u l-applikazzjoni tiegħu

Il-lejżer jirreferi għall-proċess u l-istrument li jiġġenera raġġi tad-dawl kollimati, monokromatiċi u koerenti permezz ta' amplifikazzjoni tar-radjazzjoni stimulata u r-rispons neċessarju. Bażikament, il-ġenerazzjoni tal-lejżer teħtieġ tliet elementi: "reżonatur", "mezz ta' qligħ", u "sors ta' ppumpjar".

A. Prinċipju

L-istat tal-moviment ta' atomu jista' jinqasam f'livelli ta' enerġija differenti, u meta l-atomu jgħaddi minn livell ta' enerġija għoli għal livell ta' enerġija baxx, jirrilaxxa fotoni ta' enerġija korrispondenti (l-hekk imsejħa radjazzjoni spontanja). Bl-istess mod, meta foton ikun inċidentali fuq sistema ta' livelli ta' enerġija u jiġi assorbit minnha, dan jikkawża li l-atomu jgħaddi minn livell ta' enerġija baxx għal livell ta' enerġija għoli (l-hekk imsejjaħ assorbiment eċċitat); Imbagħad, xi wħud mill-atomi li jgħaddu għal livelli ta' enerġija ogħla jgħaddu għal livelli ta' enerġija aktar baxxi u jarmu fotoni (l-hekk imsejħa radjazzjoni stimulata). Dawn il-movimenti ma jseħħux b'mod iżolat, iżda ħafna drabi b'mod parallel. Meta noħolqu kundizzjoni, bħall-użu tal-mezz xieraq, reżonatur, biżżejjed kamp elettriku estern, ir-radjazzjoni stimulata tiġi amplifikata sabiex aktar mill-assorbiment stimulat, allura b'mod ġenerali, ikun hemm fotoni emessi, li jirriżultaw f'dawl bil-lejżer.

B. Klassifikazzjoni

Skont il-mezz li jipproduċi l-lejżer, il-lejżer jista' jinqasam f'lejżer likwidu, lejżer tal-gass u lejżer solidu. Issa l-lejżer semikonduttur l-aktar komuni huwa tip ta' lejżer ta' stat solidu.

Ċ. Kompożizzjoni

Il-biċċa l-kbira tal-lejżers huma magħmula minn tliet partijiet: sistema ta' eċċitazzjoni, materjal tal-lejżer u reżonatur ottiku. Is-sistemi ta' eċċitazzjoni huma apparati li jipproduċu dawl, enerġija elettrika jew kimika. Fil-preżent, il-mezzi ewlenin ta' inċentiv użati huma d-dawl, l-elettriku jew ir-reazzjoni kimika. Is-sustanzi tal-lejżer huma sustanzi li jistgħu jipproduċu dawl bil-lejżer, bħal rubini, ħġieġ tal-berillju, gass tan-neon, semikondutturi, żebgħa organika, eċċ. Ir-rwol tal-kontroll tar-reżonanza ottika huwa li jtejjeb il-luminożità tal-lejżer tal-ħruġ, jaġġusta u jagħżel it-tul tal-mewġa u d-direzzjoni tal-lejżer.

D. Applikazzjoni

Il-lejżer jintuża ħafna, prinċipalment komunikazzjoni bil-fibra, firxa bil-lejżer, qtugħ bil-lejżer, armi bil-lejżer, diska bil-lejżer u l-bqija.

E. Storja

Fl-1958, ix-xjentisti Amerikani Xiaoluo u Townes skoprew fenomenu maġiku: meta jpoġġu d-dawl emess mill-bozza tad-dawl interna fuq kristall rari tad-dinja, il-molekuli tal-kristall jarmu dawl qawwi u dejjem qawwi flimkien. Skont dan il-fenomenu, huma pproponew il-"prinċipju tal-lejżer", jiġifieri, meta s-sustanza tiġi eċċitata bl-istess enerġija bħall-frekwenza naturali tal-oxxillazzjoni tal-molekuli tagħha, tipproduċi dan id-dawl qawwi li ma jiddiverġix - il-lejżer. Huma sabu dokumenti importanti għal dan.

Wara l-pubblikazzjoni tar-riżultati tar-riċerka ta’ Sciolo u Townes, xjentisti minn diversi pajjiżi pproponew diversi skemi sperimentali, iżda ma rnexxewx. Fil-15 ta’ Mejju 1960, Mayman, xjentist fil-Laboratorju Hughes f’California, ħabbar li kien kiseb laser b’tul ta’ mewġa ta’ 0.6943 mikron, li kien l-ewwel laser li qatt inkiseb mill-bnedmin, u b’hekk Mayman sar l-ewwel xjentist fid-dinja li introduċa l-lasers fil-qasam prattiku.

Fis-7 ta' Lulju 1960, Mayman ħabbar it-twelid tal-ewwel laser fid-dinja, l-iskema ta' Mayman hija li juża tubu tal-flash ta' intensità għolja biex jistimula l-atomi tal-kromju f'kristall ruby, u b'hekk jipproduċi kolonna ta' dawl aħmar irqiq ikkonċentrata ħafna, meta jiġi sparat f'ċertu punt, jista' jilħaq temperatura ogħla mill-wiċċ tax-xemx.

Ix-xjentist Sovjetiku H.Γ Basov ivvinta l-lejżer semikonduttur fl-1960. L-istruttura tal-lejżer semikonduttur ġeneralment tkun magħmula minn saff P, saff N u saff attiv li jiffurmaw eteroġunzjoni doppja. Il-karatteristiċi tiegħu huma: daqs żgħir, effiċjenza għolja ta' akkoppjar, veloċità ta' rispons mgħaġġla, wavelength u daqs jaqblu mad-daqs tal-fibra ottika, jistgħu jiġu modulati direttament, koerenza tajba.

Sitt, xi wħud mid-direzzjonijiet ewlenin tal-applikazzjoni tal-lejżer

F. Komunikazzjoni bil-lejżer

L-użu tad-dawl biex tittrażmetti l-informazzjoni huwa komuni ħafna llum. Pereżempju, il-vapuri jużaw id-dwal biex jikkomunikaw, u d-dwal tat-traffiku jużaw l-aħmar, l-isfar u l-aħdar. Iżda dawn il-modi kollha ta’ trasmissjoni ta’ informazzjoni bl-użu ta’ dawl ordinarju jistgħu jkunu limitati biss għal distanzi qosra. Jekk trid tittrażmetti informazzjoni direttament lejn postijiet imbiegħda permezz tad-dawl, ma tistax tuża dawl ordinarju, iżda tuża biss lejżers.

Allura kif twassal il-lejżer? Nafu li l-elettriku jista' jinġarr tul wajers tar-ram, iżda d-dawl ma jistax jinġarr tul wajers tal-metall ordinarji. Għal dan il-għan, ix-xjentisti żviluppaw filament li jista' jittrażmetti d-dawl, imsejjaħ fibra ottika, magħrufa bħala fibra. Il-fibra ottika hija magħmula minn materjali speċjali tal-ħġieġ, id-dijametru huwa irqaq minn xagħar uman, ġeneralment 50 sa 150 mikron, u artab ħafna.

Fil-fatt, il-qalba ta' ġewwa tal-fibra hija magħmula minn ħġieġ ottiku trasparenti b'indiċi ta' rifrazzjoni għolja, u l-kisi ta' barra huwa magħmul minn ħġieġ jew plastik b'indiċi ta' rifrazzjoni baxxa. Struttura bħal din, minn naħa waħda, tista' tagħmel id-dawl rifrattat tul il-qalba ta' ġewwa, bħall-ilma li jiċċirkola 'l quddiem fil-pajp tal-ilma, u l-elettriku jiġi trasmess 'il quddiem fil-wajer, anke jekk eluf ta' dawriet u tidwiriet ma jkollhom l-ebda effett. Min-naħa l-oħra, il-kisi b'indiċi ta' rifrazzjoni baxxa jista' jipprevjeni d-dawl milli joħroġ, l-istess bħalma l-pajp tal-ilma ma jinfirex u s-saff ta' insulazzjoni tal-wajer ma jikkonduċix l-elettriku.

Id-dehra tal-fibra ottika ssolvi l-mod kif tiġi trażmessa d-dawl, iżda dan ma jfissirx li biha, kwalunkwe dawl jista' jiġi trażmess 'il bogħod ħafna. Luminożità għolja biss, kulur pur, u laser direzzjonali tajjeb, hija l-aktar sors ta' dawl ideali għat-trażmissjoni tal-informazzjoni, tiddaħħal minn tarf wieħed tal-fibra, kważi l-ebda telf u toħroġ mit-tarf l-ieħor. Għalhekk, il-komunikazzjoni ottika hija essenzjalment komunikazzjoni bil-lejżer, li għandha l-vantaġġi ta' kapaċità kbira, kwalità għolja, sors wiesa' ta' materjali, kunfidenzjalità qawwija, durabilità, eċċ., u hija mfaħħra mix-xjenzati bħala rivoluzzjoni fil-qasam tal-komunikazzjoni, u hija waħda mill-aktar kisbiet brillanti fir-rivoluzzjoni teknoloġika.