레이저 원리 및 적용

레이저는 자극 된 방사선 증폭 및 필요한 피드백을 통한 시합 된 단색, 일관된 광선을 생성하는 공정 및기구를 말합니다. 기본적으로 레이저 생성에는 "공진기", "게인 매체"및 "펌핑 소스"의 세 가지 요소가 필요합니다.

A. 원칙

원자의 움직임 상태는 다른 에너지 수준으로 나눌 수 있으며, 원자가 높은 에너지 수준에서 낮은 에너지 수준으로 전이되면 해당 에너지의 광자 (소위 자발적 방사선)를 방출합니다. 유사하게, 광자가 에너지 수준 시스템에서 인시되고 이에 의해 흡수 될 때, 원자가 낮은 에너지 레벨에서 높은 에너지 수준 (소위 여기 된 흥분된 흡수)으로 전환 될 것이다. 그런 다음, 더 높은 에너지 수준으로 전이하는 일부 원자는 에너지 수준을 낮추고 광자 (소위 자극 된 방사선)로 전환 될 것입니다. 이러한 움직임은 분리되지 않고 종종 병렬로 발생합니다. 적절한 배지, 공진기, 충분한 외부 전기장을 사용하는 것과 같은 조건을 생성 할 때 자극 된 방사선이 증폭되어 자극 된 흡수보다 더 많은 광자가 방출되어 레이저 빛이 생성 될 것입니다.

B. 분류

레이저를 생성하는 매체에 따르면, 레이저는 액체 레이저, 가스 레이저 및 고체 레이저로 나눌 수 있습니다. 이제 가장 일반적인 반도체 레이저는 일종의 솔리드 스테이트 레이저입니다.

C. 구성

대부분의 레이저는 여기 시스템, 레이저 재료 및 광학 공진기의 세 부분으로 구성됩니다. 여기 시스템은 빛, 전기 또는 화학 에너지를 생산하는 장치입니다. 현재 사용 된 주요 인센티브 수단은 가벼운, 전기 또는 화학 반응입니다. 레이저 물질은 루비, 베릴륨 유리, 네온 가스, 반도체, 유기 염료 등과 같은 레이저 조명을 생성 할 수있는 물질입니다. 광학 공명 제어의 역할은 출력 레이저의 밝기를 향상시키고 레이저의 파장 및 방향을 조정하고 선택하는 것입니다.

D. 응용 프로그램

레이저는 널리 사용됩니다. 주로 섬유 통신, 레이저 범위, 레이저 절단, 레이저 무기, 레이저 디스크 등이 널리 사용됩니다.

E. 역사

1958 년 미국 과학자 Xiaoluo와 Townes는 마법의 현상을 발견했습니다. 그들이 희귀 한 지구 결정에 내부 전구에 의해 방출되는 빛을 넣을 때, 크리스탈의 분자는 항상 밝고 강한 빛을 방출합니다. 이 현상에 따르면, 그들은“레이저 원리”를 제안했습니다. 즉, 물질이 분자의 자연적인 진동 주파수와 동일한 에너지에 의해 흥분 될 때, 그것은 분기되지 않는이 강한 빛을 생성 할 것입니다 - 레이저. 그들은 이것에 대한 중요한 논문을 발견했습니다.

Sciolo와 Townes의 연구 결과가 발표 된 후 여러 국가의 과학자들은 다양한 실험 체계를 제안했지만 성공하지 못했습니다. 1960 년 5 월 15 일, 캘리포니아 휴즈 실험실의 과학자 인 Mayman은 인간이 얻은 최초의 레이저 인 파장이 0.6943 마이크론의 레이저를 얻었다 고 발표했으며, 따라서 Mayman은 세계 최초의 과학자가되어 레이저를 실제 분야에 도입 한 최초의 과학자가되었습니다.

1960 년 7 월 7 일, Mayman은 세계 최초의 레이저의 탄생을 발표했으며 Mayman의 계획은 고강도 플래시 튜브를 사용하여 루비 결정에서 크롬 원자를 자극하여 특정 지점에서 발사 될 때 매우 농축 된 얇은 붉은 빛 컬럼을 생성하는 것입니다.

소비에트 과학자 H.γ BASOV는 1960 년에 반도체 레이저를 발명했다. 반도체 레이저의 구조는 일반적으로 이중 이종 접합을 형성하는 P 층, N 층 및 활성 층으로 구성된다. 특성은 작은 크기, 높은 커플 링 효율, 빠른 응답 속도, 파장 및 광섬유 크기에 맞는 크기에 직접 변조 될 수 있습니다.

여섯, 레이저의 주요 응용 방향 중 일부

F. 레이저 커뮤니케이션

정보를 전송하기 위해 빛을 사용하는 것은 오늘날 매우 일반적입니다. 예를 들어, 선박은 조명을 사용하여 통신하고 신호등은 빨간색, 노란색 및 녹색을 사용합니다. 그러나 일반 광을 사용하여 정보를 전송하는 이러한 모든 방법은 단거리로만 제한 될 수 있습니다. 정보를 빛을 통해 먼 곳으로 직접 전송하려면 일반 조명을 사용할 수는 없지만 레이저 만 사용할 수 있습니다.

레이저를 어떻게 배달합니까? 우리는 전기가 구리 와이어를 따라 운반 할 수 있지만 일반적인 금속 와이어를 따라 빛을 전달할 수는 없습니다. 이를 위해 과학자들은 광섬유라고 불리는 빛을 전달할 수있는 필라멘트를 개발했습니다. 광섬유는 특수 유리 재료로 만들어졌으며, 직경은 사람의 모발, 일반적으로 50 ~ 150 미크론보다 얇고 매우 부드럽습니다.

실제로, 섬유의 내부 코어는 투명한 광학 유리의 높은 굴절률이며 외부 코팅은 낮은 굴절률 유리 또는 플라스틱으로 만들어집니다. 이러한 구조는 한편으로는 수천 개의 비틀기와 회전이 효과가 없더라도 수천 개의 비틀기와 회전이 효과가 없더라도 와이어에서 전력이 전달되는 물과 마찬가지로 내부 코어를 따라 빛을 굴절시킬 수 있습니다. 한편, 저 반 공간 인덱스 코팅은 워터 파이프가 스며 들지 않고 와이어의 절연 층이 전기를 전도하지 않는 것처럼 빛이 새는 것을 방지 할 수 있습니다.

광섬유의 외관은 빛을 전달하는 방식을 해결하지만,이를 통해 모든 빛이 아주 멀리 전달 될 수 있음을 의미하지는 않습니다. 높은 밝기, 순수한 색상, 좋은 방향 레이저만이 정보를 전송하는 데 가장 이상적인 광원이며, 섬유의 한쪽 끝에서 입력되며 다른 쪽 끝에서 거의 손실과 출력이 없습니다. 따라서 광학 통신은 본질적으로 레이저 커뮤니케이션으로, 대용량, 고품질, 광범위한 재료 공급원, 강력한 기밀 유지, 내구성 등의 장점이 있으며 의사 소통 분야의 혁명으로 과학자들에 의해 환영을 받고 있으며 기술 혁명에서 가장 훌륭한 업적 중 하나입니다.