Լազերի սկզբունքը և դրա կիրառումը

Լազերը վերաբերում է կոլիմացված, մոնոքրոմատիկ, կոհերենտ լույսի ճառագայթներ ստեղծելու գործընթացին և գործիքին՝ խթանված ճառագայթման ուժեղացման և անհրաժեշտ հետադարձ կապի միջոցով: Ըստ էության, լազերի ստեղծումը պահանջում է երեք տարր՝ «ռեզոնատոր», «ուժեղացման միջավայր» և «պոմպային աղբյուր»:

Ա. Սկզբունք

Ատոմի շարժման վիճակը կարելի է բաժանել տարբեր էներգետիկ մակարդակների, և երբ ատոմը բարձր էներգետիկ մակարդակից անցնում է ցածր էներգետիկ մակարդակի, այն արձակում է համապատասխան էներգիայի ֆոտոններ (այսպես կոչված ինքնաբուխ ճառագայթում): Նմանապես, երբ ֆոտոնը ընկնում է էներգետիկ մակարդակի համակարգի վրա և կլանվում է դրա կողմից, դա կհանգեցնի ատոմի անցմանը ցածր էներգետիկ մակարդակից բարձր էներգետիկ մակարդակի (այսպես կոչված գրգռված կլանում). Այնուհետև, որոշ ատոմներ, որոնք անցնում են ավելի բարձր էներգետիկ մակարդակների, կանցնեն ավելի ցածր էներգետիկ մակարդակների և կարձակեն ֆոտոններ (այսպես կոչված խթանված ճառագայթում): Այս շարժումները տեղի չեն ունենում մեկուսացված, այլ հաճախ զուգահեռ: Երբ մենք ստեղծում ենք պայման, օրինակ՝ օգտագործելով համապատասխան միջավայր, ռեզոնատոր, բավարար արտաքին էլեկտրական դաշտ, խթանված ճառագայթումը ուժեղանում է այնպես, որ խթանված կլանումից ավելի շատ, ապա ընդհանուր առմամբ, կլինեն ֆոտոններ, որոնք կհանգեցնեն լազերային լույսի:

Բ. Դասակարգում

Լազերը արտադրող միջավայրի համաձայն՝ լազերը կարելի է բաժանել հեղուկ լազերի, գազային լազերի և պինդ լազերի։ Այժմ ամենատարածված կիսահաղորդչային լազերը պինդ մարմնի լազերի տեսակ է։

Գ. Կազմը

Լազերների մեծ մասը բաղկացած է երեք մասից՝ գրգռման համակարգ, լազերային նյութ և օպտիկական ռեզոնատոր: Գրգռման համակարգերը սարքեր են, որոնք արտադրում են լույսի, էլեկտրական կամ քիմիական էներգիա: Ներկայումս օգտագործվող հիմնական խթանիչ միջոցներն են լույսը, էլեկտրականությունը կամ քիմիական ռեակցիան: Լազերային նյութերը նյութեր են, որոնք կարող են արտադրել լազերային լույս, ինչպիսիք են՝ ռուբինները, բերիլիումային ապակին, նեոնային գազը, կիսահաղորդիչները, օրգանական ներկանյութերը և այլն: Օպտիկական ռեզոնանսային կառավարման դերը ելքային լազերի պայծառությունը բարձրացնելն է, լազերի ալիքի երկարությունը և ուղղությունը կարգավորելը և ընտրելը:

Դ. Դիմում

Լազերը լայնորեն կիրառվում է, հիմնականում՝ մանրաթելային կապ, լազերային հեռաչափում, լազերային կտրում, լազերային զենքեր, լազերային սկավառակներ և այլն։

Ե. Պատմություն

1958 թվականին ամերիկացի գիտնականներ Սյաոլուոն և Թաունսը հայտնաբերեցին մի կախարդական երևույթ. երբ նրանք ներքին լամպի արձակած լույսը դնում են հազվագյուտ հողային բյուրեղի վրա, բյուրեղի մոլեկուլները արձակում են պայծառ, միշտ միասին ուժեղ լույս: Այս երևույթի համաձայն՝ նրանք առաջարկել են «լազերի սկզբունքը», այսինքն՝ երբ նյութը գրգռվում է իր մոլեկուլների բնական տատանման հաճախականությանը համարժեք էներգիայով, այն առաջացնում է այս ուժեղ լույսը, որը չի շեղվում՝ լազեր: Նրանք կարևոր հոդվածներ են գտել դրա վերաբերյալ:

Սկիոլոյի և Թաունսի հետազոտության արդյունքների հրապարակումից հետո տարբեր երկրների գիտնականներ առաջարկեցին տարբեր փորձարարական սխեմաներ, սակայն դրանք հաջողությամբ չպսակվեցին։ 1960 թվականի մայիսի 15-ին Կալիֆոռնիայի Հյուզ լաբորատորիայի գիտնական Մեյմանը հայտարարեց, որ ինքը ստացել է 0.6943 միկրոն ալիքի երկարությամբ լազեր, որը մարդկանց կողմից ստացված առաջին լազերն էր, և այդպիսով Մեյմանը դարձավ աշխարհում առաջին գիտնականը, որը լազերները ներմուծեց գործնական ոլորտ։

1960 թվականի հուլիսի 7-ին Մեյմանը հայտարարեց աշխարհի առաջին լազերի ծննդյան մասին։ Մեյմանի սխեման բարձր ինտենսիվությամբ լուսարձակող խողովակի միջոցով խթանել քրոմի ատոմները ռուբինային բյուրեղում, այդպիսով առաջացնելով շատ կենտրոնացված բարակ կարմիր լույսի սյուն, որը որոշակի կետում արձակելիս կարող է հասնել արևի մակերևույթից բարձր ջերմաստիճանի։

Խորհրդային գիտնական Հ.Գ. Բասովը 1960 թվականին հորինել է կիսահաղորդչային լազերը։ Կիսահաղորդչային լազերի կառուցվածքը սովորաբար կազմված է P շերտից, N շերտից և ակտիվ շերտից, որոնք կազմում են կրկնակի հետերոհանգույց։ Դրա բնութագրերն են՝ փոքր չափս, բարձր միացման արդյունավետություն, արագ արձագանքման արագություն, ալիքի երկարություն և չափս, համապատասխանություն օպտիկական մանրաթելի չափսին, անմիջականորեն մոդուլյացիայի հնարավորություն, լավ կոհերենտություն։

Վեց, լազերի կիրառման որոշ հիմնական ուղղություններ

Զ. Լազերային կապ

Լույսի օգտագործումը տեղեկատվություն փոխանցելու համար այսօր շատ տարածված է: Օրինակ՝ նավերը լույսեր են օգտագործում հաղորդակցվելու համար, իսկ լուսացույցերը՝ կարմիր, դեղին և կանաչ: Սակայն սովորական լույսի միջոցով տեղեկատվություն փոխանցելու այս բոլոր եղանակները կարող են սահմանափակվել միայն կարճ հեռավորություններով: Եթե ցանկանում եք տեղեկատվություն փոխանցել անմիջապես հեռավոր վայրեր լույսի միջոցով, կարող եք չօգտագործել սովորական լույս, այլ օգտագործել միայն լազերներ:

Այսպիսով, ինչպե՞ս եք մատակարարում լազերը: Մենք գիտենք, որ էլեկտրաէներգիան կարող է փոխանցվել պղնձե լարերով, բայց լույսը չի կարող փոխանցվել սովորական մետաղական լարերով: Այդ նպատակով գիտնականները մշակել են լույս փոխանցող թելիկ, որը կոչվում է օպտիկական մանրաթել, որը կոչվում է մանրաթել: Օպտիկական մանրաթելը պատրաստված է հատուկ ապակե նյութերից, տրամագիծը ավելի բարակ է, քան մարդու մազի տրամագիծը, սովորաբար 50-ից 150 միկրոն, և շատ փափուկ է:

Իրականում, մանրաթելի ներքին միջուկը պատրաստված է թափանցիկ օպտիկական ապակուց՝ բարձր բեկման ցուցիչով, իսկ արտաքին ծածկույթը՝ ցածր բեկման ցուցիչով ապակուց կամ պլաստիկից: Նման կառուցվածքը, մի կողմից, կարող է լույսը բեկել ներքին միջուկի երկայնքով, ինչպես ջուրը հոսում է առաջ ջրատարի մեջ, էլեկտրաէներգիան փոխանցվում է առաջ լարով, նույնիսկ եթե հազարավոր պտույտներն ու պտույտները ազդեցություն չունեն: Մյուս կողմից, ցածր բեկման ցուցիչով ծածկույթը կարող է կանխել լույսի արտահոսքը, ինչպես ջրատարը չի ներծծվում, և լարի մեկուսացման շերտը չի անցկացնում էլեկտրաէներգիա:

Օպտիկական մանրաթելի ի հայտ գալը լուծում է լույսի փոխանցման ճանապարհը, բայց դա չի նշանակում, որ դրա միջոցով ցանկացած լույս կարող է փոխանցվել շատ հեռու։ Միայն բարձր պայծառությունը, մաքուր գույնը, լավ ուղղորդված լազերը տեղեկատվություն փոխանցելու ամենահարմար լույսի աղբյուրն են, այն մուտքագրվում է մանրաթելի մեկ ծայրից, գրեթե առանց կորստի և ելքի մյուս ծայրից։ Հետևաբար, օպտիկական կապը, ըստ էության, լազերային կապ է, որն ունի մեծ տարողունակության, բարձր որակի, նյութերի լայն աղբյուրի, ուժեղ գաղտնիության, դիմացկունության և այլնի առավելություններ, և գիտնականների կողմից համարվում է հեղափոխություն կապի ոլորտում և տեխնոլոգիական հեղափոխության ամենափայլուն նվաճումներից մեկն է։