레이저 원리 및 응용

레이저는 유도 방사선 증폭 및 필요한 피드백을 통해 시준되고 단색이며 일관성 있는 광선을 생성하는 프로세스 및 장비를 말합니다. 기본적으로 레이저 생성에는 "공진기", "이득 매체" 및 "펌핑 소스"라는 세 가지 요소가 필요합니다.

가. 원리

원자의 운동 상태는 여러 가지 에너지 준위로 나눌 수 있으며, 원자가 높은 에너지 준위에서 낮은 에너지 준위로 전이할 때 해당 에너지의 광자를 방출합니다(소위 자연 방사선). 마찬가지로, 광자가 에너지 준위 시스템에 입사하여 흡수되면 원자가 낮은 에너지 준위에서 높은 에너지 준위로 전환됩니다(소위 여기 흡수). 그러면 더 높은 에너지 준위로 전환되는 원자 중 일부는 더 낮은 에너지 준위로 전환되어 광자(소위 자극 방사선)를 방출합니다. 이러한 움직임은 단독으로 발생하지 않고 종종 병행하여 발생합니다. 적절한 매질, 공진기, 충분한 외부 전기장을 사용하는 등의 조건을 만들면 자극된 방사선이 자극된 흡수보다 더 많이 증폭되어 일반적으로 광자가 방출되어 레이저 빛이 생성됩니다.

나. 분류

레이저는 발생하는 매체에 따라 액체레이저, 기체레이저, 고체레이저로 나눌 수 있다. 이제 가장 일반적인 반도체 레이저는 일종의 고체 레이저입니다.

다. 구성

대부분의 레이저는 여기 시스템, 레이저 재료 및 광학 공진기의 세 부분으로 구성됩니다. 여기 시스템은 빛, 전기 또는 화학 에너지를 생성하는 장치입니다. 현재 사용되는 주요 인센티브 수단은 빛, 전기 또는 화학 반응입니다. 레이저물질이란 루비, 베릴륨유리, 네온가스, 반도체, 유기염료 등 레이저 빛을 낼 수 있는 물질을 말한다. 광학공명제어의 역할은 출력되는 레이저의 밝기를 높이고, 파장과 방향을 조절, 선택하는 것이다. 레이저의.

라. 신청

레이저는 주로 광섬유 통신, 레이저 거리 측정, 레이저 절단, 레이저 무기, 레이저 디스크 등 널리 사용됩니다.

마. 연혁

1958년 미국 과학자 Xiaoluo와 Townes는 마법 같은 현상을 발견했습니다. 내부 전구에서 방출되는 빛을 희토류 결정에 놓으면 결정의 분자가 밝고 항상 함께 강한 빛을 발산한다는 것입니다. 이 현상에 따라 그들은 "레이저 원리"를 제안했습니다. 즉, 물질이 분자의 자연 진동 주파수와 동일한 에너지로 여기되면 발산하지 않는 강한 빛인 레이저를 생성한다는 것입니다. 그들은 이에 대한 중요한 서류를 찾았습니다.

Sciolo와 Townes의 연구 결과가 발표된 후, 여러 나라의 과학자들이 다양한 실험 계획을 제안했지만 성공하지 못했습니다. 1960년 5월 15일, 캘리포니아 휴즈 연구소의 과학자 메이먼은 인간이 얻은 최초의 레이저인 0.6943 미크론 파장의 레이저를 얻었다고 발표하여 메이먼은 세계 최초의 과학자가 되었습니다. 레이저를 실용분야에 도입합니다.

1960년 7월 7일, 메이먼은 세계 최초의 레이저 탄생을 발표했습니다. 메이먼의 계획은 고강도 플래시 튜브를 사용하여 루비 결정의 크롬 원자를 자극하여 발사될 때 매우 농축된 얇은 붉은 빛 기둥을 생성하는 것입니다. 특정 지점에서는 태양 표면보다 높은 온도에 도달할 수 있습니다.

소련 과학자 H.Γ Basov는 1960년에 반도체 레이저를 발명했습니다. 반도체 레이저의 구조는 일반적으로 이중 이종접합을 형성하는 P층, N층 및 활성층으로 구성됩니다. 그 특징은 다음과 같습니다: 작은 크기, 높은 결합 효율, 빠른 응답 속도, 광섬유 크기에 맞는 파장 및 크기, 직접 변조 가능, 우수한 일관성.

여섯째, 레이저의 주요 응용 방향 중 일부

F. 레이저 통신

오늘날에는 빛을 사용하여 정보를 전송하는 것이 매우 일반적입니다. 예를 들어 선박은 신호등을 사용하여 통신하고, 신호등은 빨간색, 노란색, 녹색을 사용합니다. 그러나 일반 빛을 사용하여 정보를 전송하는 이러한 모든 방법은 짧은 거리에만 제한될 수 있습니다. 빛을 통해 먼 곳에 직접 정보를 전달하려면 일반 빛을 사용할 수 없고 레이저만 사용하면 된다.

그렇다면 레이저를 어떻게 전달합니까? 우리는 구리선을 통해 전기가 전달될 수 있지만 일반 금속선을 통해 빛이 전달될 수 없다는 것을 알고 있습니다. 이를 위해 과학자들은 광섬유라고 불리는 빛을 전달할 수 있는 필라멘트를 개발했습니다. 광섬유는 특수 유리 소재로 만들어져 직경이 사람 머리카락보다 가늘고 보통 50~150미크론으로 매우 부드럽다.

실제로 섬유의 내부 코어는 고굴절률의 투명한 광학 유리로 되어 있고, 외부 코팅은 저굴절률의 유리나 플라스틱으로 만들어졌습니다. 이러한 구조는 한편으로는 물이 수도관에서 앞으로 흐르는 것처럼 빛이 내부 코어를 따라 굴절되도록 할 수 있으며, 수천 번의 비틀기와 회전에도 아무런 효과가 없더라도 전선에서 전기가 앞으로 전달됩니다. 반면 저굴절률 코팅은 수도관이 새지 않고 전선의 절연층이 전기를 전도하지 않는 것처럼 빛이 새는 것을 방지할 수 있다.

광섬유의 등장으로 빛을 전달하는 방식이 해결됐지만 그렇다고 해서 어떤 빛이라도 아주 멀리까지 전달할 수 있다는 뜻은 아니다. 고휘도, 순수한 색상, 좋은 지향성 레이저만이 정보를 전송하는 데 가장 이상적인 광원이며, 섬유의 한쪽 끝에서 입력되고 손실이 거의 없으며 다른 쪽 끝에서 출력됩니다. 따라서 광통신은 본질적으로 레이저 통신으로서 대용량, 고품질, 광범위한 재료 공급원, 강력한 기밀성, 내구성 등의 장점을 가지며 과학자들로부터 통신 분야의 혁명으로 환영받고 있으며, 기술 혁명의 가장 빛나는 업적 중 하나입니다.