レーザー原理とその適用

レーザーとは、刺激された放射線増幅と必要なフィードバックを介して、コリメートされた単色のコヒーレントな光ビームを生成するプロセスと機器を指します。基本的に、レーザー生成には、「共振器」、「ゲイン媒体」、および「ポンプ源」の3つの要素が必要です。

A.原則

原子の動きの状態は異なるエネルギーレベルに分割でき、原子が高エネルギーレベルから低エネルギーレベルに遷移すると、対応するエネルギー（いわゆる自然放射）の光子が放出されます。同様に、光子がエネルギーレベルシステムに入射し、それによって吸収されると、原子は低エネルギーレベルから高エネルギーレベル（いわゆる励起吸収）に移行します。次に、より高いエネルギーレベルに移行する原子のいくつかは、エネルギーレベルが低くなり、光子を放出します（いわゆる刺激放射）。これらの動きは単独で発生しませんが、多くの場合並行して発生します。適切な培地、共振器、十分な外部電界を使用するなどの条件を作成すると、刺激された放射線が増幅されるため、刺激された吸収以上のものが増加し、一般に光子が放出され、レーザー光が発生します。

B.分類

レーザーを生成する媒体によると、レーザーは液体レーザー、ガスレーザー、固体レーザーに分割できます。現在、最も一般的な半導体レーザーは、一種の固体レーザーです。

C.構成

ほとんどのレーザーは、励起システム、レーザー材料、光学共振器の3つの部分で構成されています。励起システムは、光、電気、または化学エネルギーを生成するデバイスです。現在、使用されている主なインセンティブ手段は、光、電気、または化学反応です。レーザー物質は、ルビー、ベリリウムガラス、ネオンガス、半導体、有機染料などのレーザー光を生成できる物質です。光学共鳴制御の役割は、出力レーザーの明るさを高め、レーザーの波長と方向を調整して選択することです。

D.アプリケーション

レーザーは、主に繊維通信、レーザー範囲、レーザー切断、レーザー武器、レーザーディスクなど、広く使用されています。

E.歴史

1958年、アメリカの科学者XiaoluoとTownesは魔法の現象を発見しました。希土類結晶に内部電球から放出される光を置くと、結晶の分子は常に強い光を放出します。この現象によれば、彼らは「レーザー原理」を提案しました。つまり、その分子の自然振動周波数と同じエネルギーで物質が励起されると、分散しないこの強い光を生成します - レーザー。彼らはこれのために重要な論文を見つけました。

ScioloとTownesの研究結果の出版後、さまざまな国の科学者がさまざまな実験計画を提案しましたが、成功していませんでした。 1960年5月15日、カリフォルニアのヒューズ研究所の科学者であるメイマンは、波長0.6943ミクロンのレーザーを入手したと発表しました。

1960年7月7日、メイマンは世界初のレーザーの誕生を発表しました。メイマンのスキームは、高強度のフラッシュチューブを使用してルビークリスタルのクロム原子を刺激することであり、特定の地点で発射されると、非常に濃縮された薄い赤色光カラムが生成され、太陽の表面よりも高い温度に達する可能性があります。

ソビエトの科学者H.γBASOVは、1960年に半導体レーザーを発明しました。半導体レーザーの構造は、通常、二重ヘテロ接合を形成するP層、N層、および活性層で構成されています。その特性は次のとおりです。小さなカップリング効率、応答速度、速度、波長、光ファイバーサイズに合わせて、直接変調することができ、一貫性があります。

6、レーザーの主要なアプリケーション方向の一部

F.レーザー通信

光を使用するために情報を使用することは、今日非常に一般的です。たとえば、船はライトを使用して通信し、信号機は赤、黄、緑を使用します。しかし、通常の光を使用して情報を送信するこれらの方法はすべて、短い距離にしか制限できません。光を介して遠くの場所に直接情報を送信したい場合は、通常の光を使用することはできませんが、レーザーのみを使用できます。

では、どのようにレーザーを配信しますか？銅線に沿って電気を運ぶことができることはわかっていますが、通常の金属ワイヤに沿って光を運ぶことはできません。この目的のために、科学者は光ファイバと呼ばれる光を伝達できるフィラメントを開発しました。繊維と呼ばれます。光ファイバは特別なガラス材料で作られており、直径は人間の髪よりも薄く、通常は50〜150ミクロン、非常に柔らかいです。

実際、繊維の内側コアは透明な光学ガラスの高い屈折率であり、外側のコーティングは低屈折率の指数ガラスまたはプラスチックで作られています。このような構造は、一方では、水道管で前方に流れる水のように、内側のコアに沿って光を屈折させ、数千のひねりとターンに効果がない場合でも、電気をワイヤーに送信します。一方、低解凍インデックスコーティングは、水道管が浸透せず、ワイヤーの断熱層が電気を導入しないように、光が漏れなくなるのを防ぐことができます。

光ファイバの外観は、光を送信する方法を解決しますが、それによってあらゆる光を非常に遠くに伝達できることを意味するものではありません。高輝度、純粋な色、良好な方向レーザーのみが情報を送信するのに最も理想的な光源であり、繊維の一方の端からの入力であり、もう一方の端からの損失と出力はほとんどありません。したがって、光学通信は本質的にレーザー通信であり、大容量、高品質、幅広い材料、強力な機密性、耐久性などの利点があり、科学者によってコミュニケーションの分野の革命として歓迎されており、技術革命で最も素晴らしい成果の1つです。