Lasery TOBIAS SCHWARZ / AFP / Getty Images! Je zrejmé, že sú úžasné - ale ako presne fungujú? Prečo ich všetci nenosíme vo vreckách? No, verte alebo nie, pravdepodobne ste - vďaka modernej elektronike. Tu je príbeh o tom, ako funguje laser (zosilnenie svetla stimulovanou emisiou žiarenia) a čo robí, keď dopadne na objekt.
Všetko je o elektrónoch
Poďme stráviť trochu času späť na hodine fyziky: Laser vďačí za svoju existenciu elektrónom, ktoré si môžete pamätať, že sú to také energetické častice, ktoré sa vznášajú / existujú okolo atómu a tvoria jeho „obal“.
Niektoré elektróny majú schopnosť absorbovať energiu z vonkajších zdrojov a aspoň dočasne skákať na vysokoenergetické dráhy. Elektróny sa však rýchlo vrátia na svoje obvyklé obežné dráhy a uvoľnia ďalšiu použitú energiu, ktorá sa potom vlní mimo atóm.
Elektróny to robia neustále - takto sa vytvára najviac žiarenia! Zapnite baterku a všade je kopa elektrónov kaskádových úrovní energie. Dôvod, že vaša baterka nie je silným laserovým lúčom (prepáčte), je však ten, že tieto elektróny nie sú synchronizované. Namiesto toho poskakujú všade, náhodne uvoľňujú energiu a takmer nikdy nie sú na rovnakej vlnovej dĺžke alebo načasovaní. V skutočnosti sa zdá, že elektróny v týchto situáciách prirodzene rozptyľujú svoje vlnové dĺžky a načasovanie, čo znemožňuje náhodné lasery takmer - ale nie úplne -.
Pri vytváraní laseru musia inžinieri konať ako dirigenti orchestra pre nespočetné množstvo elektrónov, aby všetci získali energiu a synchronizovali ju. Ak bude úspešný, vytvorí sa koherentný prúd fotónov, ktoré sa všetky pohybujú rovnakým spôsobom, v rovnakom čase, rovnakým smerom ... a zrodil sa laser. Deje sa tak vďaka starostlivo zostavenému procesu a správnym materiálom, o ktorých si povieme v nasledujúcej časti!
Anatómia moderného laseru
Christian Delbert / 123rf Christian Delbert / 123rfLasery sa dodávajú vo všetkých veľkostiach, od malých malých laserov v mikročipoch až po obrovské lasery v zariadeniach na vedecký výskum. Väčšina sa však dá rozdeliť na tri veľmi dôležité časti, ktoré umožňujú fungovanie laseru.
Zdroj energie: Najskôr lasery vyžadujú zdroj energie (tiež nazývaný zdroje pumpy alebo budiace mechanizmy), aby pumpovali energiu do lasera, aby jeho elektróny mali veľa šťavy na prácu. Existuje niekoľko rôznych populárnych typov zdrojov energie, vrátane priamych elektrických výbojov, chemických reakcií a výkonných zdrojov svetla, ako sú žiarovky.
Stredné: Médium (zvyčajne sa nazýva ziskové médium alebo laserové médium) je miesto, kam smeruje energia. Jeho úlohou je zhromažďovať túto energiu, nechať svoje elektróny skákať okolo ako bláznivé a vyžarovať silné dávky svetla, ktoré sú pripravené na formovanie do laseru. Médiá pokrývajú širokú škálu materiálov: Niektoré sú kvapaliny, iné sú plyny a niektoré sú kryštalické tuhé látky. Aj skromný polovodič môže pôsobiť ako laserové médium.
Optická dutina: Optická dutina alebo rezonátor berie všetko svetlo uvoľnené médiom a zaostrí ho. V klasickom laserovom nastavení používa dve zrkadlá na odrážanie tohto svetla tam a späť na synchronizáciu impulzov, zosilňuje energiu a smeruje ju k malému otvoru, kam smeruje laser.
Čo sa stane, keď laser niečo zasiahne
Keď laser dopadne na materiál, správa sa rovnako ako iné žiarenie: Niektoré sa absorbujú, iné sa odrážajú a iné môžu prechádzať alebo byť prenášané. Ale to nám veľa nehovorí o tom, čo konkrétny, zameraný laser vlastne robí materiálu, pozrime sa teda bližšie na niekoľko hlavných kategórií praktického použitia laseru a na to, ako fungujú.
Osvetlenie: V takom prípade sa lasery jednoducho používajú na osvetlenie niečoho, čo je ťažko viditeľné. Máte pravdu, niekedy ani spoľahlivá baterka nebude stačiť, najmä na veľmi veľké vzdialenosti - alebo keď učitelia skutočne chcú používať laserové ukazovátko. A áno, môže to byť nebezpečné.
Odraz: Keď sa lasery zameriavajú na odraz, zvyčajne prenášajú informácie. Najlepším príkladom je optická jednotka, ktorá sa nachádza v prehrávačoch Blu-ray, počítačoch atď. Existuje však aj veľa aplikácií pre inteligentné zariadenia.
Pyrolitická / fotolytická reakcia: Laser je všeobecne určený na to, aby niečo zmenil ... deštruktívne. Pyrolitické verzie ohrievajú materiál, zvyčajne ho tavia (a hej, niekedy vtáky zapaľujú). Fotolytické verzie štiepia chemické väzby v materiáli na dosiahnutie podobných cieľov.
Prenos: Laser je tu navrhnutý tak, aby odovzdával kód, ktorý obsahuje cenné dáta, ako napríklad vo vláknovej optike.
Zmena stavu: Toto je druh kategórie typu „all-all“, ale v mnohých prípadoch je účelom laseru zmeniť materiál alebo sa zmeniť na iný typ energie (bez toho, aby ste niečo spálili). V takom prípade materiál absorbuje laser a potom prechádza zaujímavou transformáciou. Napríklad niektoré lasery menia svetlo na zvuk. Mnoho takýchto zariadení má cenné aplikácie v každodennom inžinierstve.