ლაზერული პრინციპი და მისი გამოყენება

ლაზერი ეხება კოლიმირებული, მონოქრომატული, თანმიმდევრული შუქის სხივების წარმოქმნის პროცესს და ინსტრუმენტს სტიმულირებული გამოსხივების ამპლიფიკაციისა და აუცილებელი გამოხმაურების გზით. ძირითადად, ლაზერული წარმოქმნა მოითხოვს სამ ელემენტს: "რეზონატორს", "მოგების საშუალო" და "სატუმბი წყაროს".

A. პრინციპი

ატომის მოძრაობის მდგომარეობა შეიძლება დაიყოს ენერგიის სხვადასხვა დონემდე, ხოლო როდესაც ატომს გადადის მაღალი ენერგიის დონიდან დაბალ ენერგეტიკულ დონეზე, იგი ათავისუფლებს შესაბამისი ენერგიის ფოტონებს (ე.წ. სპონტანური გამოსხივება). ანალოგიურად, როდესაც ფოტონი ინციდენტია ენერგიის დონის სისტემაზე და მის მიერ შეიწოვება, ეს გამოიწვევს ატომს ენერგიის დაბალი დონის მაღალ დონეზე გადასვლას (ე.წ. აღგზნებული შეწოვა); შემდეგ, ზოგიერთი ატომები, რომლებიც გადადიან ენერგიის უფრო მაღალ დონეზე, გადავიდნენ ენერგიის დაბალ დონეზე და ასხივებენ ფოტონებს (ე.წ. სტიმულირებული გამოსხივება). ეს მოძრაობები არ ხდება იზოლირებულად, მაგრამ ხშირად პარალელურად. როდესაც ჩვენ ვქმნით მდგომარეობას, მაგალითად, შესაბამისი საშუალო, რეზონატორის, საკმარისი გარე ელექტრული ველის გამოყენებით, სტიმულირებული გამოსხივება გაძლიერებულია ისე, რომ სტიმულირებული შეწოვა, მაშინ, ზოგადად, იქნებიან ფოტონები, რის შედეგადაც ხდება ლაზერული შუქი.

B. კლასიფიკაცია

მედიის მიხედვით, რომელიც ლაზერს აწარმოებს, ლაზერი შეიძლება დაიყოს თხევადი ლაზერით, გაზის ლაზერით და მყარი ლაზერით. ახლა ყველაზე გავრცელებული ნახევარგამტარული ლაზერი არის ერთგვარი მყარი მდგომარეობის ლაზერი.

C. კომპოზიცია

ლაზერების უმეტესობა შედგება სამი ნაწილისაგან: აგზნების სისტემა, ლაზერული მასალა და ოპტიკური რეზონატორი. აგზნების სისტემები არის მოწყობილობები, რომლებიც წარმოქმნიან მსუბუქ, ელექტრო ან ქიმიურ ენერგიას. დღეისათვის, გამოყენებული ძირითადი წამახალისებელი საშუალებებია მსუბუქი, ელექტროენერგია ან ქიმიური რეაქცია. ლაზერული ნივთიერებები არის ნივთიერებები, რომელთაც შეუძლიათ წარმოქმნან ლაზერული შუქი, მაგალითად, რუბიები, ბერილიუმის მინა, ნეონის გაზი, ნახევარგამტარული, ორგანული საღებავები და ა.შ., ოპტიკური რეზონანსული კონტროლის როლი არის გამომავალი ლაზერის სიკაშკაშის გაძლიერება, ლაზერის ტალღის სიგრძისა და მიმართულების შერჩევა და შერჩევა.

D. განაცხადი

ლაზერი ფართოდ გამოიყენება, ძირითადად ბოჭკოვანი კომუნიკაცია, ლაზერული დაწყება, ლაზერული ჭრა, ლაზერული იარაღი, ლაზერული დისკი და ა.შ.

E. ისტორია

1958 წელს ამერიკელმა მეცნიერებმა Xiaoluo და Townes აღმოაჩინეს ჯადოსნური ფენომენი: როდესაც ისინი შიდა ნათურით ასხივებენ შიდა ნათურას იშვიათ დედამიწის კრისტალზე, ბროლის მოლეკულები ასხივებენ ნათელ, ყოველთვის ერთად ძლიერ შუქს. ამ ფენომენის თანახმად, მათ შესთავაზეს "ლაზერული პრინციპი", ანუ, როდესაც ნივთიერება აღფრთოვანებულია იგივე ენერგიით, როგორც მისი მოლეკულების ბუნებრივი ოსტილაციის სიხშირე, ის წარმოქმნის ამ ძლიერ შუქს, რომელიც არ განსხვავდება - ლაზერი. მათ ამისათვის მნიშვნელოვანი ნაშრომები იპოვნეს.

Sciolo და Townes- ის კვლევის შედეგების გამოქვეყნების შემდეგ, სხვადასხვა ქვეყნის მეცნიერებმა შემოგვთავაზეს სხვადასხვა ექსპერიმენტული სქემები, მაგრამ ისინი წარმატებული არ იყვნენ. 1960 წლის 15 მაისს, მაიმანმა, კალიფორნიის ჰიუზის ლაბორატორიის მეცნიერმა, გამოაცხადა, რომ მან მიიღო ლაზერი 0.6943 მიკრონის ტალღის სიგრძით, რაც პირველი ლაზერი იყო, რომელიც ოდესმე მოიპოვა ადამიანებმა, და მაიმანი ამრიგად გახდა პირველი მეცნიერი მსოფლიოში, რომელმაც ლაზერებში შემოიტანა პრაქტიკულ სფეროში.

1960 წლის 7 ივლისს მაიმანმა გამოაცხადა მსოფლიოში პირველი ლაზერის დაბადება, მაიამის სქემა არის მაღალი ინტენსივობის ფლეშ მილის გამოყენება, რომ სტიმულირდეს ქრომის ატომები რუბის კრისტალში, რითაც წარმოქმნის ძალიან კონცენტრირებულ თხელი წითელი შუქის სვეტს, როდესაც ის გარკვეულ მომენტში გაათავისუფლეს, მას შეუძლია მიაღწიოს ტემპერატურას, ვიდრე მზის ზედაპირზე.

საბჭოთა მეცნიერმა H.γ Basov გამოიგონა ნახევარგამტარული ლაზერი 1960 წელს. ნახევარგამტარული ლაზერის სტრუქტურა ჩვეულებრივ შედგება p ფენისგან, N ფენისგან და აქტიური ფენისგან, რომლებიც ქმნიან ორმაგ ჰეტეროჟანგს. მისი მახასიათებლები არის: მცირე ზომა, მაღალი დაწყვილების ეფექტურობა, სწრაფი რეაგირების სიჩქარე, ტალღის სიგრძე და ზომა შეესაბამება ოპტიკური ბოჭკოს ზომას, შეიძლება პირდაპირ მოდულირდეს, კარგი თანმიმდევრულობა.

ექვსი, ლაზერის რამდენიმე ძირითადი განაცხადის მიმართულება

F. ლაზერული კომუნიკაცია

ინფორმაციის გადასაცემად შუქის გამოყენება დღეს ძალიან ხშირია. მაგალითად, გემები იყენებენ შუქებს კომუნიკაციისთვის, ხოლო შუქნიშანი იყენებენ წითელ, ყვითელ და მწვანეს. მაგრამ ჩვეულებრივი შუქის გამოყენებით ინფორმაციის გადაცემის ყველა ეს გზა შეიძლება შემოიფარგლოს მხოლოდ მოკლე დისტანციებით. თუ გსურთ ინფორმაციის პირდაპირ შორეულ ადგილებში გადასვლა შუქის საშუალებით, ვერ გამოიყენებთ ჩვეულებრივი შუქს, არამედ გამოიყენოთ მხოლოდ ლაზერები.

როგორ მიაწოდოთ ლაზერი? ჩვენ ვიცით, რომ ელექტროენერგიის გადატანა შესაძლებელია სპილენძის მავთულის გასწვრივ, მაგრამ სინათლის გადატანა შეუძლებელია ჩვეულებრივი ლითონის მავთულის გასწვრივ. ამისათვის მეცნიერებმა შეიმუშავეს ძაფები, რომელსაც შეუძლია გადაიტანოს შუქი, რომელსაც ეწოდება ოპტიკური ბოჭკოვანი, რომელსაც ბოჭკოვანი უწოდებენ. ოპტიკური ბოჭკოვანი დამზადებულია სპეციალური მინის მასალებისგან, დიამეტრი უფრო თხელია, ვიდრე ადამიანის თმა, ჩვეულებრივ 50 -დან 150 მიკრონი და ძალიან რბილი.

სინამდვილეში, ბოჭკოს შიდა ბირთვი არის გამჭვირვალე ოპტიკური მინის მაღალი რეფრაქციული ინდექსი, ხოლო გარე საფარი დამზადებულია დაბალი რეფრაქციული ინდექსის შუშის ან პლასტმასისგან. ამგვარი სტრუქტურა, ერთი მხრივ, შეუძლია შიდა ბირთვის გასწვრივ შუქის რეფლექსიას, ისევე, როგორც წყლის მილში მიედინება წყალი, ელექტროენერგია, რომელიც გადაცემულია მავთულში, მაშინაც კი, თუ ათასობით ბედის და მონაცვლეობას არანაირი შედეგი არ აქვს. მეორეს მხრივ, დაბალი რეფრაქციული ინდექსის საფარი ხელს უშლის სინათლის გაჟონვას, ისევე, როგორც წყლის მილები არ იწევს და მავთულის საიზოლაციო ფენა არ ახორციელებს ელექტროენერგიას.

ოპტიკური ბოჭკოს გამოჩენა აგვარებს სინათლის გადაცემის გზას, მაგრამ ეს არ ნიშნავს იმას, რომ მასთან ერთად, ნებისმიერი შუქი შეიძლება გადაეცეს ძალიან შორს. მხოლოდ მაღალი სიკაშკაშე, სუფთა ფერი, კარგი მიმართულებითი ლაზერი, არის ყველაზე იდეალური სინათლის წყარო ინფორმაციის გადასაცემად, ეს არის ბოჭკოს ერთი ბოლოდან შეყვანა, თითქმის არ არის დანაკარგი და გამომავალი მეორე ბოლოდან. ამრიგად, ოპტიკური კომუნიკაცია არსებითად ლაზერული კომუნიკაციაა, რომელსაც აქვს დიდი სიმძლავრის, მაღალი ხარისხის, მასალების ფართო წყარო, ძლიერი კონფიდენციალურობა, გამძლეობა და ა.შ., და მეცნიერები მიესალმნენ, როგორც რევოლუციას კომუნიკაციის სფეროში და არის ერთ -ერთი ყველაზე ბრწყინვალე მიღწევა ტექნოლოგიური რევოლუციის სფეროში.