TOBIAS SCHWARZ / AFP / Getty Images Лазери! Очевидно, вони чудові - але як саме вони працюють? Чому ми всі не носимо їх у кишенях? Ну, вірте чи ні, ви, мабуть, саме завдяки сучасній електроніці. Ось історія того, як працює лазер (посилення світла за рахунок стимульованого випромінювання) і що він робить, потрапляючи на об’єкт.
Вся справа в електронах
Давайте проведемо трохи часу на уроці фізики: Лазер зобов’язаний своїм існуванням електронам, які, на вашу думку, є тими енергетичними частинками, які витають / існують навколо атома, утворюючи його «оболонку».
Деякі електрони мають здатність поглинати енергію із зовнішніх джерел і стрибати на більш енергетичні орбіти, принаймні тимчасово. Однак електрони швидко повертаються до своїх нормальних орбіт і вивільняють додаткову енергію, яку вони використовували, яка потім пульсує поза атомом.
Електрони роблять це постійно - саме так створюється більшість випромінювань! Увімкніть ліхтарик, і всюди є купа електронів, що каскадують за енергетичним рівнем. Але причина того, що ваш ліхтарик не є потужним лазерним променем (вибачте), полягає в тому, що ці електрони не синхронізовані. Натомість вони стрибають повсюдно, виділяють енергію випадковим чином і навряд чи колись мають однакову довжину хвилі або однакові терміни. Насправді, здається, електрони природно розсіюють свої довжини хвиль і хронометраж у цих ситуаціях, що робить випадкові лазери майже - але не цілком - неможливими.
Створюючи лазер, інженерам доводиться діяти як диригенти оркестру для незліченної кількості електронів, змушуючи їх усіх набирати енергію та синхронізувати її. У разі успіху це створює цілісний потік фотонів, які рухаються однаково, одночасно, в одному напрямку ... і народжується лазер. Це відбувається завдяки ретельно побудованому процесу та правильним матеріалам, про які ми поговоримо у наступному розділі!
Анатомія сучасного лазера
Крістіан Дельберт / 123rf Крістіан Дельберт / 123rf Лазери бувають будь-яких розмірів, від крихітних маленьких лазерів у мікрочіпах до величезних лазерів у науково-дослідних установах. Однак більшість із них можна розбити на три дуже важливі частини, які дозволяють лазеру функціонувати.
Джерело енергії: По-перше, для лазерів потрібне джерело енергії (яке також називають джерелами насоса або механізмами збудження) для накачування енергії в лазер, щоб його електрони мали багато соку для роботи. Існує кілька різних популярних типів джерел енергії, включаючи прямі електричні розряди, хімічні реакції та потужні джерела світла, такі як спалахові лампи.
Середній: Середовище (яке зазвичай називають середовищем посилення або лазерним середовищем) - це те, куди спрямована енергія. Його робота полягає в тому, щоб зібрати цю енергію, змусити його електрони стрибати навколо, як божевільні, і випромінювати потужні спалахи світла, готові до формування лазера. Середовища охоплюють широкий спектр матеріалів: деякі - рідини, деякі - гази, а інші - кристалічні тверді речовини. Навіть скромний напівпровідник може виступати в ролі лазерного середовища.
Оптична порожнина: Оптична порожнина або резонатор приймає все світло, що виділяється середовищем, і фокусує його. У класичній лазерній установці він використовує два дзеркала, щоб відбивати це світло вперед-назад для синхронізації імпульсів, посилюючи енергію і направляючи її до невеликого отвору, куди спрямований лазер.
Що відбувається, коли лазер потрапляє на щось
Коли лазер потрапляє в матеріал, він діє так само, як і інше випромінювання: частина поглинається, частина відбивається, а частина може проходити через або передаватися. Але це не говорить нам багато про те, який конкретно сфокусований лазер насправді робить до матеріалу, тож давайте детальніше розглянемо кілька основних категорій практичних лазерних застосувань та їх роботу.
Освітленість: У цьому випадку лазери просто використовуються для висвітлення того, що важко побачити. Правильно, іноді навіть надійний ліхтарик не підійде, особливо на дуже великих відстанях - або коли вчителі дійсно хочуть використовувати лазерну указку. І так, це може бути небезпечним.
Відображення: Коли лазери фокусуються на відображенні, вони, як правило, передають інформацію. Найкращий приклад тут - оптичний дисковод, який можна знайти у програвачах Blu-ray, комп’ютерах тощо. Однак є також багато програм для інтелектуальних пристроїв.
Піролітична / фотолітична реакція: Тут лазер, як правило, призначений для того, щоб щось змінити ... деструктивно. Піролітичні версії нагрівають матеріал, як правило, для його розплавлення (і ей, іноді птахи запікають). Фотолітичні версії руйнують хімічні зв’язки в матеріалі для досягнення подібних цілей.
Спосіб передавання: Тут лазер призначений для передачі коду, який зберігає цінні дані, як у волоконній оптиці.
Зміна штату: Це свого роду загальна категорія, але в ряді випадків метою лазера є змінити матеріал або перетворити себе на інший тип енергії (нічого не спалюючи). У цьому випадку матеріал поглинає лазер, а потім зазнає цікавого перетворення. Наприклад, деякі лазери перетворюють світло на звук. Багато таких пристроїв мають цінні програми в повсякденній техніці.
