Лазер дегеніміз - ынталандырылған сәулеленуді күшейту және қажетті кері байланыс арқылы коллимацияланған, монохроматикалық, когерентті жарық сәулелерін генерациялау процесі мен құралы. Негізінен, лазерлік генерация үш элементті қажет етеді: «резонатор», «күшейту ортасы» және «сорғы көзі».
A. Қағидат
Атомның қозғалыс күйін әртүрлі энергия деңгейлеріне бөлуге болады, және атом жоғары энергия деңгейінен төмен энергия деңгейіне ауысқанда, ол сәйкес энергияның фотондарын шығарады (өздігінен сәулелену деп аталады). Сол сияқты, фотон энергия деңгейіндегі жүйеге түсіп, оны жұтқанда, ол атомның төмен энергия деңгейінен жоғары энергия деңгейіне ауысуына әкеледі (қоздырылған жұтылу деп аталады); Содан кейін жоғары энергия деңгейіне ауысатын кейбір атомдар төменгі энергия деңгейлеріне ауысып, фотондарды шығарады (ынталандырылған сәулелену деп аталады). Бұл қозғалыстар оқшауланбайды, көбінесе параллель жүреді. Тиісті ортаны, резонаторды, жеткілікті сыртқы электр өрісін пайдалану сияқты жағдай жасаған кезде, ынталандырылған сәулелену ынталандырылған жұтылудан гөрі көп фотондар шығарылатындай етіп күшейтіледі, нәтижесінде лазерлік сәуле пайда болады.
B. Жіктеу
Лазерді өндіретін ортаға сәйкес, оны сұйық лазер, газ лазері және қатты лазер деп бөлуге болады. Қазіргі уақытта ең көп таралған жартылай өткізгіш лазер - қатты денелі лазердің бір түрі.
C. Құрамы
Көптеген лазерлер үш бөліктен тұрады: қоздыру жүйесі, лазерлік материал және оптикалық резонатор. Қоздыру жүйелері - жарық, электрлік немесе химиялық энергия өндіретін құрылғылар. Қазіргі уақытта қолданылатын негізгі ынталандыру құралдары - жарық, электр немесе химиялық реакция. Лазерлік заттар - лазерлік жарық өндіре алатын заттар, мысалы, лағыл, бериллий шыны, неон газы, жартылай өткізгіштер, органикалық бояғыштар және т.б. Оптикалық резонансты басқарудың рөлі - шығыс лазерінің жарықтығын арттыру, лазердің толқын ұзындығы мен бағытын реттеу және таңдау.
D. Қолдану
Лазер кеңінен қолданылады, негізінен талшықты байланыс, лазерлік қашықтықты анықтау, лазерлік кесу, лазерлік қару, лазерлік диск және т.б.
E. Тарих
1958 жылы американдық ғалымдар Сяолуо мен Таунс сиқырлы құбылысты ашты: ішкі шам шығаратын жарықты сирек кездесетін жер кристалына қойған кезде, кристалдың молекулалары жарқын, әрқашан бірге күшті жарық шығарады. Осы құбылысқа сәйкес, олар «лазер принципін» ұсынды, яғни зат молекулаларының табиғи тербеліс жиілігімен бірдей энергиямен қозған кезде, ол шашырамайтын күшті жарықты - лазерді шығарады. Олар бұл туралы маңызды мақалалар тапты.
Сциоло мен Таунстың зерттеу нәтижелері жарияланғаннан кейін әртүрлі елдердің ғалымдары әртүрлі тәжірибелік схемаларды ұсынды, бірақ олар сәтті болмады. 1960 жылы 15 мамырда Калифорниядағы Хьюз зертханасының ғалымы Мейман адамдар алған алғашқы лазер болған 0,6943 микрон толқын ұзындығы бар лазерді алғанын жариялады, осылайша Мейман әлемдегі практикалық салаға лазерлерді енгізген алғашқы ғалым болды.
1960 жылдың 7 шілдесінде Мейман әлемдегі алғашқы лазердің пайда болғанын жариялады. Мейманның схемасы - лағыл кристалдағы хром атомдарын ынталандыру үшін жоғары қарқынды жарқыл түтігін пайдалану, осылайша өте шоғырланған жұқа қызыл жарық бағанын жасау, ол белгілі бір нүктеде жанған кезде күн бетінен жоғары температураға жетуі мүмкін.
Кеңес ғалымы Х.Г.Басов 1960 жылы жартылай өткізгіш лазерді ойлап тапты. Жартылай өткізгіш лазердің құрылымы әдетте қос гетероөткізгішті құрайтын P қабатынан, N қабатынан және белсенді қабаттан тұрады. Оның сипаттамалары: кіші өлшем, жоғары байланыс тиімділігі, жылдам жауап беру жылдамдығы, толқын ұзындығы және оптикалық талшық өлшеміне сәйкес келетін өлшем, тікелей модуляциялануы мүмкін, жақсы когеренттілік.
Алтыншы, лазерді қолданудың негізгі бағыттарының кейбірі
F. Лазерлік байланыс
Ақпаратты жеткізу үшін жарықты пайдалану бүгінде өте кең таралған. Мысалы, кемелер байланыс үшін шамдарды пайдаланады, ал бағдаршамдар қызыл, сары және жасыл түстерді пайдаланады. Бірақ кәдімгі жарықты пайдаланып ақпаратты берудің осы тәсілдерінің барлығы тек қысқа қашықтықтармен шектелуі мүмкін. Егер сіз ақпаратты жарық арқылы тікелей алыс жерлерге жеткізгіңіз келсе, кәдімгі жарықты пайдалана алмайсыз, тек лазерлерді пайдалана аласыз.
Сонымен, лазерді қалай жеткізесіз? Біз электр тогын мыс сымдар арқылы тасымалдауға болатынын, бірақ жарықты кәдімгі металл сымдар арқылы тасымалдау мүмкін емес екенін білеміз. Осы мақсатта ғалымдар жарықты өткізе алатын оптикалық талшық деп аталатын, талшық деп аталатын жіп жасап шығарды. Оптикалық талшық арнайы шыны материалдардан жасалған, диаметрі адам шашынан жұқа, әдетте 50-ден 150 микронға дейін және өте жұмсақ.
Шын мәнінде, талшықтың ішкі өзегі мөлдір оптикалық шынының жоғары сыну көрсеткішінен тұрады, ал сыртқы жабыны төмен сыну көрсеткіші бар шыныдан немесе пластиктен жасалған. Мұндай құрылым, бір жағынан, жарықтың ішкі өзек бойымен сынуын қамтамасыз ете алады, дәл су құбырында алға ағып жатқан су сияқты, мыңдаған бұрылыстар әсер етпесе де, сым арқылы алға қарай электр тогы беріледі. Екінші жағынан, төмен сыну көрсеткіші бар жабын су құбыры ағып кетпейтіндей және сымның оқшаулағыш қабаты электр тогын өткізбейтіндей, жарықтың ағып кетуіне жол бермейді.
Оптикалық талшықтың пайда болуы жарықты беру тәсілін шешеді, бірақ бұл онымен кез келген жарықты өте алыс қашықтыққа беруге болады дегенді білдірмейді. Тек жоғары жарықтық, таза түс, жақсы бағытталған лазер ғана ақпаратты беру үшін ең қолайлы жарық көзі болып табылады, ол талшықтың бір шетінен енгізіледі, шығын жоқ дерлік және екінші шетінен шығады. Сондықтан, оптикалық байланыс негізінен лазерлік байланыс болып табылады, оның үлкен сыйымдылығы, жоғары сапасы, материалдардың кең көзі, күшті құпиялылық, беріктік және т.б. артықшылықтары бар және ғалымдар байланыс саласындағы революция ретінде бағалайды және технологиялық революцияның ең жарқын жетістіктерінің бірі болып табылады.
Жарияланған уақыты: 2023 жылғы 29 маусым