หลักการเลเซอร์และแอปพลิเคชัน

เลเซอร์หมายถึงกระบวนการและเครื่องมือในการสร้างคานแสงที่มีความโดดเด่นด้วยแสงโมโนโครมและสอดคล้องกันผ่านการขยายรังสีที่ถูกกระตุ้นและการตอบรับที่จำเป็น โดยพื้นฐานแล้วการสร้างเลเซอร์ต้องใช้องค์ประกอบสามประการ:“ resonator” เป็น“ ตัวกลางรับ” และ“ แหล่งปั๊ม”

A. หลักการ

สถานะการเคลื่อนที่ของอะตอมสามารถแบ่งออกเป็นระดับพลังงานที่แตกต่างกันและเมื่ออะตอมเปลี่ยนจากระดับพลังงานสูงไปสู่ระดับพลังงานต่ำมันจะปล่อยโฟตอนของพลังงานที่สอดคล้องกัน (เรียกว่ารังสีที่เกิดขึ้นเอง) ในทำนองเดียวกันเมื่อโฟตอนเกิดขึ้นในระบบระดับพลังงานและดูดซับโดยมันจะทำให้อะตอมเปลี่ยนจากระดับพลังงานต่ำไปสู่ระดับพลังงานสูง (เรียกว่าการดูดซึมตื่นเต้น); จากนั้นบางอะตอมที่เปลี่ยนไปสู่ระดับพลังงานที่สูงขึ้นจะเปลี่ยนไปสู่ระดับพลังงานที่ลดลงและปล่อยโฟตอน (เรียกว่ารังสีกระตุ้น) การเคลื่อนไหวเหล่านี้ไม่ได้เกิดขึ้นในการแยก แต่มักจะขนานกัน เมื่อเราสร้างเงื่อนไขเช่นการใช้สื่อที่เหมาะสม resonator สนามไฟฟ้าภายนอกเพียงพอรังสีที่ถูกกระตุ้นจะถูกขยายเพื่อให้มากกว่าการดูดซึมที่ถูกกระตุ้นจากนั้นโดยทั่วไปจะมีโฟตอนที่ปล่อยออกมาส่งผลให้แสงเลเซอร์

B. การจำแนกประเภท

ตามสื่อที่ผลิตเลเซอร์เลเซอร์สามารถแบ่งออกเป็นเลเซอร์เหลวเลเซอร์ก๊าซและเลเซอร์ที่เป็นของแข็ง ตอนนี้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่พบมากที่สุดคือเลเซอร์โซลิดสเตต

C. องค์ประกอบ

เลเซอร์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยสามส่วน: ระบบกระตุ้นวัสดุเลเซอร์และเรโซเนเตอร์แสง ระบบกระตุ้นเป็นอุปกรณ์ที่ผลิตแสงไฟฟ้าหรือพลังงานเคมี ในปัจจุบันหมายถึงแรงจูงใจหลักที่ใช้คือแสงไฟฟ้าหรือปฏิกิริยาเคมี สารเลเซอร์เป็นสารที่สามารถผลิตแสงเลเซอร์เช่นทับทิมแก้วเบริลเลียมก๊าซนีออนเซมิคอนดักเตอร์สีย้อมอินทรีย์ ฯลฯ บทบาทของการควบคุมด้วยแสงเรโซแนนซ์คือการเพิ่มความสว่างของเลเซอร์เอาท์พุทปรับและเลือกความยาวคลื่นและทิศทางของเลเซอร์

D. แอปพลิเคชัน

เลเซอร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายส่วนใหญ่การสื่อสารไฟเบอร์, เลเซอร์การตัดเลเซอร์, อาวุธเลเซอร์, แผ่นเลเซอร์และอื่น ๆ

ค. ประวัติ

ในปี 1958 นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน Xiaoluo และ Townes ค้นพบปรากฏการณ์มหัศจรรย์: เมื่อพวกเขาใส่แสงที่ปล่อยออกมาจากหลอดไฟภายในบนผลึกโลกหายากโมเลกุลของคริสตัลจะเปล่งแสงสว่างเข้าด้วยกัน ตามปรากฏการณ์นี้พวกเขาเสนอ "หลักการเลเซอร์" นั่นคือเมื่อสารตื่นเต้นด้วยพลังงานเช่นเดียวกับความถี่การแกว่งตามธรรมชาติของโมเลกุลของมันมันจะสร้างแสงที่แข็งแกร่งนี้ที่ไม่แตกต่าง - เลเซอร์ พวกเขาพบเอกสารสำคัญสำหรับเรื่องนี้

หลังจากการตีพิมพ์ผลการวิจัยของ Sciolo และ Townes นักวิทยาศาสตร์จากประเทศต่างๆเสนอรูปแบบการทดลองต่าง ๆ แต่พวกเขาไม่ประสบความสำเร็จ เมื่อวันที่ 15 พฤษภาคม 1960 Mayman นักวิทยาศาสตร์ที่ Hughes Laboratory ในแคลิฟอร์เนียประกาศว่าเขาได้รับเลเซอร์ที่มีความยาวคลื่น 0.6943 ไมครอนซึ่งเป็นเลเซอร์ตัวแรกที่มนุษย์ได้รับและเมย์แมนจึงกลายเป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกในโลก

เมื่อวันที่ 7 กรกฎาคม 2503 เมย์แมนประกาศการกำเนิดของเลเซอร์แรกของโลกโครงการของเมย์แมนคือการใช้หลอดแฟลชที่มีความเข้มสูงเพื่อกระตุ้นอะตอมโครเมียมในคริสตัลทับทิมดังนั้นจึงสร้างคอลัมน์แสงสีแดงบาง ๆ ที่มีความเข้มข้นมาก

นักวิทยาศาสตร์โซเวียตH.γ Basov คิดค้นเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ในปี 1960 โครงสร้างของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์มักจะประกอบด้วยชั้น P, ชั้น N และชั้นที่ใช้งานซึ่งก่อตัวเป็น heterojunction สองเท่า ลักษณะของมันคือ: ขนาดเล็กประสิทธิภาพการมีเพศสัมพันธ์สูงความเร็วในการตอบสนองที่รวดเร็วความยาวคลื่นและขนาดพอดีกับขนาดเส้นใยออพติคอลสามารถปรับได้โดยตรงการเชื่อมโยงกันที่ดี

หกทิศทางแอปพลิเคชันหลักของเลเซอร์

F. การสื่อสารด้วยเลเซอร์

การใช้แสงเพื่อส่งข้อมูลเป็นเรื่องธรรมดามากในปัจจุบัน ตัวอย่างเช่นเรือใช้ไฟในการสื่อสารและสัญญาณไฟจราจรใช้สีแดงสีเหลืองและสีเขียว แต่วิธีการส่งข้อมูลทั้งหมดเหล่านี้โดยใช้แสงธรรมดาสามารถ จำกัด ได้ในระยะทางสั้น ๆ เท่านั้น หากคุณต้องการส่งข้อมูลโดยตรงไปยังสถานที่ที่ห่างไกลผ่านแสงสว่างคุณไม่สามารถใช้แสงธรรมดาได้ แต่ใช้เลเซอร์เท่านั้น

แล้วคุณจะส่งเลเซอร์ได้อย่างไร? เรารู้ว่าไฟฟ้าสามารถนำไปตามสายทองแดงได้ แต่ไม่สามารถนำแสงไปตามสายโลหะธรรมดาได้ ด้วยเหตุนี้นักวิทยาศาสตร์จึงพัฒนาเส้นใยที่สามารถส่งแสงเรียกว่าใยแก้วนำแสงเรียกว่าเส้นใย ใยแก้วนำแสงทำจากวัสดุแก้วพิเศษเส้นผ่านศูนย์กลางบางกว่าเส้นผมของมนุษย์มักจะ 50 ถึง 150 ไมครอนและนุ่มมาก

ในความเป็นจริงแกนด้านในของเส้นใยเป็นดัชนีการหักเหของแสงสูงของแก้วออพติคอลโปร่งใสและการเคลือบด้านนอกทำจากดัชนีการหักเหของแสงต่ำหรือพลาสติก โครงสร้างดังกล่าวในมือข้างหนึ่งสามารถทำให้แสงหักเหแสงตามแกนด้านในเช่นเดียวกับน้ำที่ไหลไปข้างหน้าในท่อน้ำไฟฟ้าที่ส่งไปข้างหน้าในลวดแม้ว่าจะมีการบิดและการหมุนนับพันครั้งก็ไม่มีผล ในทางกลับกันการเคลือบดัชนีการหักเหของแสงต่ำสามารถป้องกันไม่ให้แสงรั่วไหลออกมาเช่นเดียวกับที่ท่อน้ำไม่ซึมและชั้นฉนวนของลวดไม่ได้ดำเนินการไฟฟ้า

การปรากฏตัวของใยแก้วนำแสงช่วยแก้ปัญหาการส่งแสง แต่ไม่ได้หมายความว่าด้วยแสงใด ๆ ที่สามารถส่งผ่านไปได้ไกลมาก มีเพียงความสว่างสูงสีบริสุทธิ์เลเซอร์ทิศทางที่ดีเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่เหมาะที่สุดในการส่งข้อมูลมันเป็นอินพุตจากปลายด้านหนึ่งของเส้นใยแทบจะไม่มีการสูญเสียและเอาท์พุทจากปลายอีกด้านหนึ่ง ดังนั้นการสื่อสารด้วยแสงจึงเป็นการสื่อสารด้วยเลเซอร์ซึ่งมีข้อได้เปรียบของความจุขนาดใหญ่คุณภาพสูงแหล่งที่หลากหลายของวัสดุการรักษาความลับที่แข็งแกร่งความทนทาน ฯลฯ และได้รับการยกย่องจากนักวิทยาศาสตร์ว่าเป็นการปฏิวัติในด้านการสื่อสารและเป็นหนึ่งในความสำเร็จที่ยอดเยี่ยมที่สุดในการปฏิวัติเทคโนโลยี