مبدأ الليزر وتطبيقه

يشير الليزر إلى عملية وتوليد توليد أشعة الضوء المتوافقة ، أحادية اللون ، متماسكة من خلال تضخيم الإشعاع المحفزة والتعليقات اللازمة. في الأساس ، يتطلب توليد الليزر ثلاثة عناصر: "مرنان" ، و "متوسطة الكسب" ، و "مصدر ضخ".

المبدأ

يمكن تقسيم حالة الحركة للذرة إلى مستويات طاقة مختلفة ، وعندما تنتقل الذرة من مستوى الطاقة العالي إلى مستوى الطاقة المنخفضة ، فإنها تطلق فوتونات من الطاقة المقابلة (ما يسمى بالإشعاع التلقائي). وبالمثل ، عندما يكون الفوتون حادثًا على نظام مستوى الطاقة ويمتصهه ، فإنه سيؤدي إلى انتقال الذرة من مستوى الطاقة المنخفضة إلى مستوى الطاقة العالية (ما يسمى بالامتصاص المتحمس) ؛ بعد ذلك ، ستنتقل بعض الذرات التي تنتقل إلى مستويات طاقة أعلى إلى مستويات الطاقة المنخفضة وينبعثون من الفوتونات (ما يسمى بالإشعاع المحفز). لا تحدث هذه الحركات في عزلة ، ولكن في كثير من الأحيان بالتوازي. عندما ننشئ حالة ، مثل استخدام الوسط المناسب ، المرنان ، ما يكفي من الحقل الكهربائي الخارجي ، يتم تضخيم الإشعاع المحفز بحيث يكون أكثر من الامتصاص المحفز ، ثم بشكل عام ، سيكون هناك فوتونات تنبعث ، مما يؤدي إلى ضوء الليزر.

تصنيف

وفقًا للوسيلة التي تنتج الليزر ، يمكن تقسيم الليزر إلى الليزر السائل والليزر الغازي والليزر الصلب. الآن هو ليزر أشباه الموصلات الأكثر شيوعا هو نوع من ليزر الحالة الصلبة.

تكوين

تتكون معظم الليزر من ثلاثة أجزاء: نظام الإثارة ، مواد الليزر والمرنان البصري. أنظمة الإثارة هي أجهزة تنتج الطاقة الخفيفة أو الكهربائية أو الكيميائية. في الوقت الحاضر ، فإن الوسائل الرئيسية المستخدمة هي الخفيفة أو الكهرباء أو التفاعل الكيميائي. المواد الليزر هي مواد يمكن أن تنتج ضوء الليزر ، مثل الياقوت ، زجاج البريليوم ، غاز النيون ، أشباه الموصلات ، الأصباغ العضوية ، إلخ.

D. التطبيق

يستخدم الليزر على نطاق واسع ، وخاصة التواصل الألياف ، وتراوح الليزر ، وقطع الليزر ، وأسلحة الليزر ، وقرص الليزر وما إلى ذلك.

E. التاريخ

في عام 1958 ، اكتشف العلماء الأمريكيون شياوولو و تاونز ظاهرة سحرية: عندما يضعون الضوء المنبعث من المصباح الكهربائي الداخلي على بلورة أرضية نادرة ، فإن جزيئات البلورة ستنبعث منها مشرقًا ، ودائماً ضوء قوي. وفقًا لهذه الظاهرة ، اقترحوا "مبدأ الليزر" ، أي عندما تكون المادة متحمسة بنفس الطاقة مثل تردد التذبذب الطبيعي لجزيئاته ، فإنها ستنتج هذا الضوء القوي الذي لا يتباعد - الليزر. وجدوا أوراق مهمة لهذا الغرض.

بعد نشر نتائج أبحاث Sciolo و Townes ، اقترح العلماء من مختلف البلدان المخططات التجريبية المختلفة ، لكنهم لم ينجحوا. في 15 مايو 1960 ، أعلن مايمان ، وهو عالم في مختبر هيوز في كاليفورنيا ، أنه حصل على ليزر بطول موجي يبلغ 0.6943 ميكرون ، والذي كان أول الليزر الذي حصل عليه البشر على الإطلاق ، وبالتالي أصبح مايمان أول عالم في العالم لإدخال الليزر في المجال العملي.

في 7 يوليو 1960 ، أعلن مايمان عن ولادة أول ليزر في العالم ، وهو مخطط مايمان هو استخدام أنبوب فلاش عالي الكثافة لتحفيز ذرات الكروم في بلورة روبي ، وبالتالي إنتاج عمود ضوء أحمر رفيع للغاية ، عندما يتم إطلاقه عند نقطة معينة ، يمكن أن تصل إلى درجة حرارة أعلى من سطح الشمس.

ابتكر العالم السوفيتي H.γ Basov ليزر أشباه الموصلات في عام 1960. وعادة ما يتكون هيكل ليزر أشباه الموصلات من طبقة P ، وطبقة N والطبقة النشطة التي تشكل غير متجانسة مزدوجة. خصائصها هي: الحجم الصغير ، وكفاءة الاقتران العالية ، وسرعة الاستجابة السريعة ، وطول الموجة والحجم الذي يتناسب مع حجم الألياف الضوئية ، يمكن تعديله مباشرة ، تماسك جيد.

ستة ، بعض اتجاهات التطبيق الرئيسية للليزر

واو التواصل بالليزر

يعد استخدام الضوء لنقل المعلومات أمرًا شائعًا جدًا اليوم. على سبيل المثال ، تستخدم السفن المصابيح للتواصل ، وتستخدم إشارات المرور الأحمر والأصفر والأخضر. ولكن كل هذه الطرق لنقل المعلومات باستخدام الضوء العادي لا يمكن أن تقتصر إلا على المسافات القصيرة. إذا كنت ترغب في نقل المعلومات مباشرة إلى الأماكن البعيدة من خلال الضوء ، فلا يمكنك استخدام الضوء العادي ، ولكن لا تستخدم سوى الليزر.

فكيف تسلم الليزر؟ نحن نعلم أنه يمكن حمل الكهرباء على طول الأسلاك النحاسية ، ولكن لا يمكن حمل الضوء على الأسلاك المعدنية العادية. تحقيقًا لهذه الغاية ، طور العلماء خيوطًا يمكنها نقل الضوء ، يسمى الألياف البصرية ، ويشار إليها باسم الألياف. الألياف البصرية مصنوعة من مواد زجاجية خاصة ، والقطر أرق من شعر الإنسان ، وعادة ما يتراوح من 50 إلى 150 ميكرون ، وناعمة جدا.

في الواقع ، فإن النواة الداخلية للألياف عبارة عن مؤشر انكساري عالي من الزجاج البصري الشفاف ، ويصنع الطلاء الخارجي من زجاج أو بلاستيك انكساري منخفض. مثل هذا الهيكل ، من ناحية ، يمكن أن يجعل الضوء ينكس على طول النواة الداخلية ، تمامًا مثل الماء المتدفق للأمام في أنبوب الماء ، والكهرباء التي تنتقل إلى الأمام في السلك ، حتى لو لم يكن لآلاف التحولات والمنعطفات أي تأثير. من ناحية أخرى ، يمكن أن يمنع طلاء المؤشر المنطقي المنخفض الضوء من التسرب ، تمامًا مثلما لا يتسرب أنبوب الماء وأن طبقة العزل من السلك لا تجري الكهرباء.

إن ظهور الألياف البصرية يحل طريقة نقل الضوء ، ولكن هذا لا يعني أنه مع ذلك ، يمكن أن ينتقل أي ضوء إلى بعيد جدًا. فقط السطوع العالي ، واللون النقي ، والليزر الاتجاهي الجيد ، هو مصدر الضوء المثالي لنقل المعلومات ، وهو مدخلات من أحد طرفي الألياف ، تقريبًا بدون خسارة وإخراج من الطرف الآخر. لذلك ، فإن التواصل البصري هو تواصل بالليزر بشكل أساسي ، والذي يتمتع بمزايا القدرة الكبيرة ، والجودة العالية ، والمصدر الواسع للمواد ، والسرية القوية ، والمتانة ، وما إلى ذلك ، ويشيد بها العلماء كثورة في مجال التواصل ، وهي واحدة من أكثر الإنجازات الرائعة في الثورة التكنولوجية.