TOBIAS SCHWARZ / AFP / Getty Images Laserji! Jasno je, da so super - toda kako točno delujejo? Zakaj jih ne nosimo vsi v žepih? No, verjeli ali ne, verjetno ste - zahvaljujoč sodobni elektroniki. Tu je zgodba o tem, kako deluje laser (ojačanje svetlobe s spodbujenim oddajanjem sevanja) in kaj počne, ko zadene predmet.
Vse je v elektronih
Poglejmo si nekaj časa nazaj pri pouku fizike: Laser svoj obstoj dolguje elektronom, za katere se morda spomnite, da so tisti energijski delci, ki lebdijo / obstajajo okoli atoma in tvorijo njegovo "lupino".
Nekateri elektroni imajo sposobnost, da vsaj začasno absorbirajo energijo iz zunanjih virov in skočijo na višjeenergijske orbite. Vendar se elektroni hitro vrnejo v svoje običajne orbite in sprostijo odvečno energijo, ki so jo uporabili, ki se nato valovi zunaj atoma.
Elektroni to počnejo ves čas - tako nastane večina sevanja! Vklopite svetilko in povsod je kup elektronov, ki kaskadirajo nivo energije. Toda razlog, da vaša svetilka ni močan laserski žarek (žal), je, da ti elektroni niso sinhronizirani. Namesto tega skačejo povsod, naključno sproščajo energijo in so komaj kdaj na isti valovni dolžini ali istem času. Pravzaprav se zdi, da elektroni v teh situacijah naravno razpršijo svoje valovne dolžine in čas, kar naključne laserje skorajda - a ne povsem - onemogoči.
Pri ustvarjanju laserja morajo inženirji delovati kot dirigenti orkestra za nešteto število elektronov, tako da vsi dobijo energijo in jo sinhronizirajo. Ko je uspešen, to ustvari skladen tok fotonov, ki se vsi premikajo na enak način, hkrati, v isto smer ... in rodi se laser. To se zgodi po zaslugi skrbno izdelanega postopka in pravih materialov, o katerih bomo govorili v naslednjem poglavju!
Anatomija sodobnega laserja
Christian Delbert / 123rf Christian Delbert / 123rf Laserji so različnih velikosti, od majhnih majhnih laserjev v mikročipih do velikih laserjev v raziskovalnih ustanovah. Vendar pa je večino mogoče razčleniti na tri zelo pomembne dele, ki omogočajo delovanje laserja.
Vir energije: Prvič, laserji potrebujejo vir energije (imenovan tudi črpalni vir ali vzbujevalni mehanizem), da črpajo energijo v laser, tako da imajo njegovi elektroni veliko soka za delo. Obstaja več različnih priljubljenih vrst virov energije, vključno z neposrednimi električnimi razelektritvami, kemičnimi reakcijami in močnimi viri svetlobe, kot so bliskavice.
Srednje: Medij (običajno imenovan ojačevalni medij ali laserski medij) je tja, kamor je usmerjena energija. Njegova naloga je zbrati to energijo, poskrbeti, da njeni elektroni skakajo naokrog kot nori, in oddajati močne izbruhe svetlobe, ki so pripravljeni za oblikovanje v laser. Mediji pokrivajo široko paleto materialov: nekateri so tekočine, nekateri plini, drugi pa kristalne trdne snovi. Tudi skromni polprevodnik lahko deluje kot laserski medij.
Optična votlina: Optična votlina ali resonator vzame vso svetlobo, ki jo sprosti medij, in jo fokusira. V klasični laserski nastavitvi uporablja dva ogledala, ki odbijajo to svetlobo naprej in nazaj za sinhronizacijo impulzov, ojačujejo energijo in jo usmerjajo proti majhni odprtini, kamor je usmerjen laser.
Kaj se zgodi, ko laser nekaj udari
Ko laser udari v material, deluje tako kot drugo sevanje: nekateri se absorbirajo, drugi odbijejo, drugi pa lahko preidejo ali se prenašajo. Toda to nam ne pove veliko o tem, kakšen določen, osredotočen laser pravzaprav materialu, zato si pobliže oglejmo več glavnih kategorij praktične uporabe laserja in kako delujejo.
Osvetlitev: V tem primeru se laserji preprosto uporabljajo za osvetlitev nečesa, kar je težko videti. Tako je, včasih tudi zanesljiva svetilka ne bo uspela, zlasti na zelo velikih razdaljah - ali kadar učitelji resnično želijo uporabiti laserski kazalec. In ja, to je lahko nevarno.
Odsev: Ko se laserji osredotočijo na odsev, tipično prenašajo informacije. Najboljši primer tukaj je optični diskovni pogon, ki ga najdemo v predvajalnikih Blu-ray, računalnikih itd. Vendar pa obstaja tudi veliko aplikacij za pametne naprave.
Pirolitska / fotolitična reakcija: Tu je laser na splošno namenjen temu, da nekaj spremeni ... destruktivno. Pirolitske različice segrejejo material, običajno da ga stopijo (in hej, včasih zap ptice). Fotolitične različice razgrajujejo kemijske vezi znotraj materiala, da dosežejo podobne cilje.
Prenos: Tu je laser zasnovan tako, da posreduje kodo, ki zajema dragocene podatke, tako kot pri optični optiki.
Sprememba države: To je nekakšna kategorija, ki jo je mogoče ujeti, toda v mnogih primerih je namen laserja spremeniti material ali se spremeniti v drugačno vrsto energije (ne da bi pri tem kaj zažgal). V tem primeru material absorbira laser in nato doživi zanimivo preobrazbo. Nekateri laserji na primer spremenijo svetlobo v zvok. Številne takšne naprave imajo dragocene aplikacije v vsakdanjem inženirstvu.
