Вы когда-нибудь задумывались, как работают лазеры? Вот все, что вам нужно знать
Лазеры! Очевидно, они потрясающие — но как они работают, точно? Почему мы не носим их в карманах? Ну, хотите верьте, хотите нет, но вы, вероятно, — благодаря современной электронике. Вот история о том, как работает лазер (усиление света посредством вынужденного излучения) и что он делает, когда попадает на объект.
Это все об электронах
Кристиан Дельберт / 123rf
Лазеры бывают всех размеров, от крошечных маленьких лазеров в микрочипах до огромных лазеров в научно-исследовательских учреждениях. Однако большинство из них можно разбить на три очень важные части, которые позволяют лазеру функционировать.
Источник энергии: Во-первых, лазерам требуется источник энергии (также называемый источниками накачки или механизмами возбуждения) для накачки энергии в лазер, чтобы у его электронов было много сока для работы. Существует несколько различных популярных типов источников энергии, включая прямые электрические разряды, химические реакции и мощные источники света, такие как импульсные лампы.
Средняя: Среда (обычно называемая усиливающей средой или лазерной средой) — это то место, куда направляется энергия. Его работа состоит в том, чтобы собирать эту энергию, заставлять свои электроны прыгать, как сумасшедшие, и излучать мощные вспышки света, которые готовы превратиться в лазер. Среды охватывают широкий спектр материалов: некоторые являются жидкостями, некоторые являются газами, а некоторые — кристаллическими твердыми веществами. Даже скромный полупроводник может действовать как лазерная среда.
Оптическая полость: Оптический резонатор или резонатор отбирает весь свет, выделяемый средой, и фокусирует его. В классической лазерной установке он использует два зеркала, чтобы отражать свет назад и вперед, чтобы синхронизировать импульсы, усиливая энергию и направляя ее к маленькому отверстию, куда направлен лазер.
Что происходит, когда лазер попадает во что-то
Когда лазер ударяется о материал, он действует так же, как и другое излучение: часть поглощается, часть отражается, а другая может проходить или передаваться. Но это мало что говорит нам о том, что конкретный сфокусированный лазер на самом деле делает с материалом, поэтому давайте подробнее рассмотрим несколько основных категорий практического использования лазера и то, как они работают.
Освещение: В этом случае лазеры просто используются для освещения чего-то, что трудно увидеть. Это верно, иногда даже надежный фонарик не справится, особенно на очень больших расстояниях — или когда учителя действительно хотят использовать лазерную указку. И да, это может быть опасно.
Отражение: Когда лазеры фокусируются на отражении, они обычно передают информацию. Наилучшим примером здесь является привод оптических дисков, используемый в проигрывателях Blu-ray, компьютерах и т. Д. Тем не менее, существует множество приложений для интеллектуальных устройств.
Пиролитическая / фотолитическая реакция: Здесь лазер обычно предназначен для того, чтобы что-то изменить … разрушительно. Пиролитические версии нагревают материал, обычно, чтобы расплавить его (и, эй, иногда птицы зап). Фотолитические версии разрушают химические связи в материале для достижения аналогичных целей.
Коробка передач: Здесь лазер предназначен для передачи кода, который содержит ценные данные, как в волоконной оптике.
Изменение состояния: Это своего рода универсальная категория, но в ряде случаев целью лазера является изменение материала или превращение себя в другой тип энергии (без сжигания чего-либо). В этом случае материал поглощает лазер и затем подвергается интересному превращению. Например, некоторые лазеры превращают свет в звук. Многие такие устройства имеют ценные приложения в повседневной инженерии.
