ლაზერის პრინციპი და მისი გამოყენება

ლაზერი ეხება კოლიმირებული, მონოქრომატული, თანმიმდევრული სინათლის სხივების წარმოქმნის პროცესს და ინსტრუმენტს სტიმულირებული გამოსხივების გაძლიერებისა და საჭირო უკუკავშირის მეშვეობით. ძირითადად, ლაზერული წარმოქმნისთვის საჭიროა სამი ელემენტი: „რეზონატორი“, „გამაძლიერებელი საშუალება“ და „სატუმბი წყარო“.

ა პრინციპი

ატომის მოძრაობის მდგომარეობა შეიძლება დაიყოს სხვადასხვა ენერგეტიკულ დონეებად და როდესაც ატომი გადადის მაღალი ენერგიის დონიდან დაბალ ენერგეტიკულ დონეზე, ის ათავისუფლებს შესაბამისი ენერგიის ფოტონებს (ე.წ. სპონტანური გამოსხივება). ანალოგიურად, როდესაც ფოტონი ეჯახება ენერგეტიკული დონის სისტემას და შეიწოვება მის მიერ, ეს გამოიწვევს ატომის გადასვლას დაბალი ენერგეტიკული დონიდან მაღალ ენერგეტიკულ დონეზე (ე.წ. აღგზნებული შთანთქმა); შემდეგ, ზოგიერთი ატომი, რომელიც გადადის უფრო მაღალ ენერგეტიკულ დონეზე, გადადის დაბალ ენერგეტიკულ დონეზე და გამოყოფს ფოტონებს (ე.წ. სტიმულირებული გამოსხივება). ეს მოძრაობები არ ხდება იზოლირებულად, მაგრამ ხშირად პარალელურად. როდესაც ჩვენ ვქმნით მდგომარეობას, როგორიცაა შესაბამისი გარემოს, რეზონატორის, საკმარისი გარე ელექტრული ველის გამოყენება, სტიმულირებული გამოსხივება ისე ძლიერდება, ვიდრე სტიმულირებულ შთანთქმას, მაშინ ზოგადად, იქნება ფოტონების გამოსხივება, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ლაზერული შუქი.

B. კლასიფიკაცია

საშუალების მიხედვით, რომელიც აწარმოებს ლაზერს, ლაზერი შეიძლება დაიყოს თხევად, გაზის ლაზერად და მყარ ლაზერად. ახლა ყველაზე გავრცელებული ნახევარგამტარული ლაზერი არის ერთგვარი მყარი მდგომარეობის ლაზერი.

C. შემადგენლობა

ლაზერების უმეტესობა შედგება სამი ნაწილისგან: აგზნების სისტემა, ლაზერული მასალა და ოპტიკური რეზონატორი. აგზნების სისტემები არის მოწყობილობები, რომლებიც აწარმოებენ სინათლის, ელექტრო ან ქიმიურ ენერგიას. ამჟამად გამოყენებული ძირითადი წამახალისებელი საშუალებებია სინათლე, ელექტროენერგია ან ქიმიური რეაქცია. ლაზერული ნივთიერებები არის ნივთიერებები, რომლებსაც შეუძლიათ ლაზერული სინათლის გამომუშავება, როგორიცაა რუბი, ბერილიუმის მინა, ნეონის გაზი, ნახევარგამტარები, ორგანული საღებავები და ა. ლაზერის.

D. განაცხადი

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

E. ისტორია

1958 წელს ამერიკელმა მეცნიერებმა Xiaoluo-მ და Townes-მა აღმოაჩინეს ჯადოსნური ფენომენი: როდესაც ისინი იშვიათ დედამიწის კრისტალზე ასხივებენ შიდა ნათურის შუქს, ბროლის მოლეკულები ასხივებენ კაშკაშა, ყოველთვის ერთად ძლიერ შუქს. ამ ფენომენის მიხედვით, მათ შემოგვთავაზეს „ლაზერული პრინციპი“, ანუ როდესაც ნივთიერება აღგზნებულია იმავე ენერგიით, როგორც მისი მოლეკულების ბუნებრივი რხევის სიხშირე, ის გამოიმუშავებს ამ ძლიერ შუქს, რომელიც არ განსხვავდება - ლაზერი. ამისთვის მათ მნიშვნელოვანი საბუთები იპოვეს.

Sciolo and Townes-ის კვლევის შედეგების გამოქვეყნების შემდეგ, სხვადასხვა ქვეყნის მეცნიერებმა შემოგვთავაზეს სხვადასხვა ექსპერიმენტული სქემები, მაგრამ ისინი არ იყვნენ წარმატებული. 1960 წლის 15 მაისს, მეიმანმა, კალიფორნიის ჰიუზის ლაბორატორიის მეცნიერმა გამოაცხადა, რომ მან მიიღო ლაზერი ტალღის სიგრძით 0,6943 მიკრონი, რომელიც იყო პირველი ლაზერი, რომელიც ოდესმე მიიღეს ადამიანებმა და ამით მაიმანი გახდა პირველი მეცნიერი მსოფლიოში. ლაზერების დანერგვა პრაქტიკულ სფეროში.

1960 წლის 7 ივლისს მაიმანმა გამოაცხადა მსოფლიოში პირველი ლაზერის დაბადება, მაიმანის სქემაა გამოიყენოს მაღალი ინტენსივობის ფლეშ მილის გამოყენება ლალის კრისტალში ქრომის ატომების სტიმულირებისთვის, რითაც წარმოიქმნება ძალიან კონცენტრირებული წვრილი წითელი შუქის სვეტი, როდესაც ის გაისროლა. გარკვეულ მომენტში მას შეუძლია მიაღწიოს მზის ზედაპირზე მაღალ ტემპერატურას.

საბჭოთა მეცნიერმა ჰ.Γ ბასოვმა გამოიგონა ნახევარგამტარული ლაზერი 1960 წელს. ნახევარგამტარული ლაზერის სტრუქტურა, როგორც წესი, შედგება P ფენისგან, N შრისა და აქტიური შრისგან, რომლებიც ქმნიან ორმაგ ჰეტეროკავშირს. მისი მახასიათებლებია: მცირე ზომა, მაღალი შეერთების ეფექტურობა, სწრაფი რეაგირების სიჩქარე, ტალღის სიგრძე და ზომა შეესაბამება ოპტიკურ ბოჭკოს ზომას, შეიძლება პირდაპირ მოდულირებული იყოს, კარგი თანმიმდევრულობა.

ექვსი, ლაზერის გამოყენების ზოგიერთი ძირითადი მიმართულება

F. ლაზერული კომუნიკაცია

ინფორმაციის გადასაცემად სინათლის გამოყენება დღეს ძალიან გავრცელებულია. მაგალითად, გემები იყენებენ შუქებს კომუნიკაციისთვის, ხოლო შუქნიშანებში გამოიყენება წითელი, ყვითელი და მწვანე. მაგრამ ჩვეულებრივი სინათლის გამოყენებით ინფორმაციის გადაცემის ყველა ეს გზა შეიძლება შემოიფარგლოს მხოლოდ მცირე მანძილებით. თუ გსურთ ინფორმაციის პირდაპირ შორეულ ადგილებში გადაცემა სინათლის საშუალებით, თქვენ არ შეგიძლიათ გამოიყენოთ ჩვეულებრივი შუქი, არამედ გამოიყენოთ მხოლოდ ლაზერები.

მაშ, როგორ აწვდით ლაზერს? ჩვენ ვიცით, რომ ელექტროენერგია შეიძლება გადავიდეს სპილენძის მავთულებით, მაგრამ სინათლის გადატანა არ შეიძლება ჩვეულებრივი ლითონის მავთულებით. ამ მიზნით, მეცნიერებმა შეიმუშავეს ძაფი, რომელსაც შეუძლია სინათლის გადაცემა, სახელწოდებით ოპტიკური ბოჭკო, რომელსაც უწოდებენ ბოჭკოებს. ოპტიკური ბოჭკო დამზადებულია სპეციალური მინის მასალებისგან, დიამეტრი უფრო თხელია ვიდრე ადამიანის თმა, ჩვეულებრივ 50-დან 150 მიკრონიმდე და ძალიან რბილი.

სინამდვილეში, ბოჭკოს შიდა ბირთვი არის გამჭვირვალე ოპტიკური მინის მაღალი რეფრაქციული ინდექსი, ხოლო გარე საფარი დამზადებულია დაბალი რეფრაქციული ინდექსის მინის ან პლასტმასისგან. ასეთ სტრუქტურას, ერთის მხრივ, შეუძლია შუქის გარდატეხა შიდა ბირთვის გასწვრივ, ისევე, როგორც წყალი მიედინება წინ წყლის მილში, ელექტროენერგია გადაიცემა წინ მავთულში, მაშინაც კი, თუ ათასობით მოხვევას არანაირი ეფექტი არ აქვს. მეორეს მხრივ, დაბალი რეფრაქციული ინდექსის საფარს შეუძლია თავიდან აიცილოს სინათლის გაჟონვა, ისევე როგორც წყლის მილი არ იჭრება და მავთულის საიზოლაციო ფენა არ ატარებს ელექტროენერგიას.

ოპტიკური ბოჭკოების გამოჩენა ხსნის სინათლის გადაცემის გზას, მაგრამ ეს არ ნიშნავს იმას, რომ მასთან ნებისმიერი სინათლე შეიძლება გადავიდეს ძალიან შორს. მხოლოდ მაღალი სიკაშკაშე, სუფთა ფერი, კარგი მიმართულების ლაზერი, არის ყველაზე იდეალური სინათლის წყარო ინფორმაციის გადასაცემად, ის შეყვანილია ბოჭკოს ერთი ბოლოდან, თითქმის არანაირი დანაკარგი და გამომავალი მეორე ბოლოდან. მაშასადამე, ოპტიკური კომუნიკაცია არსებითად ლაზერული კომუნიკაციაა, რომელსაც აქვს დიდი სიმძლავრის, მაღალი ხარისხის, მასალების ფართო წყაროს, ძლიერი კონფიდენციალურობის, გამძლეობის და ა.შ. უპირატესობა და მეცნიერთა მიერ არის შეფასებული, როგორც რევოლუცია კომუნიკაციის სფეროში და არის ერთ-ერთი. ტექნოლოგიური რევოლუციის ყველაზე ბრწყინვალე მიღწევებიდან.