Le laser fait référence au processus et à l'instrument de génération de faisceaux lumineux collimatés, monochromatiques et cohérents grâce à l'amplification du rayonnement stimulé et au retour d'information nécessaire.Fondamentalement, la génération laser nécessite trois éléments : un « résonateur », un « milieu de gain » et une « source de pompage ».
A. Principe
L'état de mouvement d'un atome peut être divisé en différents niveaux d'énergie, et lorsque l'atome passe d'un niveau d'énergie élevé à un niveau d'énergie faible, il libère des photons d'énergie correspondante (appelé rayonnement spontané).De même, lorsqu'un photon arrive sur un système de niveaux d'énergie et est absorbé par celui-ci, il fera passer l'atome d'un niveau d'énergie faible à un niveau d'énergie élevé (ce que l'on appelle l'absorption excitée) ;Ensuite, certains des atomes qui passent à des niveaux d’énergie plus élevés passeront à des niveaux d’énergie plus faibles et émettront des photons (ce qu’on appelle un rayonnement stimulé).Ces mouvements ne se produisent pas isolément, mais souvent en parallèle.Lorsque nous créons une condition, telle que l'utilisation du milieu approprié, d'un résonateur, d'un champ électrique externe suffisant, le rayonnement stimulé est amplifié de sorte qu'en plus de l'absorption stimulée, des photons seront généralement émis, entraînant une lumière laser.
B.Classement
Selon le milieu qui produit le laser, le laser peut être divisé en laser liquide, laser à gaz et laser solide.Aujourd’hui, le laser à semi-conducteur le plus courant est une sorte de laser à semi-conducteur.
C.Composition
La plupart des lasers sont composés de trois parties : le système d'excitation, le matériau laser et le résonateur optique.Les systèmes d'excitation sont des dispositifs qui produisent de la lumière, de l'énergie électrique ou chimique.Actuellement, les principaux moyens d'incitation utilisés sont la lumière, l'électricité ou la réaction chimique.Les substances laser sont des substances qui peuvent produire de la lumière laser, telles que les rubis, le verre au béryllium, le gaz néon, les semi-conducteurs, les colorants organiques, etc. Le rôle du contrôle de résonance optique est d'améliorer la luminosité du laser de sortie, d'ajuster et de sélectionner la longueur d'onde et la direction. du laser.
D. Demande
Le laser est largement utilisé, principalement la communication par fibre, la télémétrie laser, la découpe laser, les armes laser, le disque laser, etc.
E.Histoire
En 1958, les scientifiques américains Xiaoluo et Townes ont découvert un phénomène magique : lorsqu'ils placent la lumière émise par l'ampoule interne sur un cristal de terre rare, les molécules du cristal émettent une lumière brillante, toujours forte.Selon ce phénomène, ils ont proposé le « principe du laser », c'est-à-dire que lorsque la substance est excitée par la même énergie que la fréquence d'oscillation naturelle de ses molécules, elle produira cette lumière forte qui ne diverge pas – le laser.Ils ont trouvé des documents importants à ce sujet.
Après la publication des résultats des recherches de Sciolo et Townes, des scientifiques de divers pays ont proposé divers projets expérimentaux, mais ils n'ont pas abouti.Le 15 mai 1960, Mayman, un scientifique du laboratoire Hughes en Californie, annonça qu'il avait obtenu un laser d'une longueur d'onde de 0,6943 microns, qui était le premier laser jamais obtenu par l'homme, et Mayman devint ainsi le premier scientifique au monde. introduire les lasers dans le domaine pratique.
Le 7 juillet 1960, Mayman a annoncé la naissance du premier laser au monde. Le plan de Mayman consiste à utiliser un tube éclair de haute intensité pour stimuler les atomes de chrome dans un cristal de rubis, produisant ainsi une fine colonne de lumière rouge très concentrée, lorsqu'il est tiré. à un certain point, elle peut atteindre une température supérieure à la surface du soleil.
Le scientifique soviétique H.Γ Basov a inventé le laser à semi-conducteur en 1960. La structure du laser à semi-conducteur est généralement composée d'une couche P, d'une couche N et d'une couche active qui forment une double hétérojonction.Ses caractéristiques sont : petite taille, efficacité de couplage élevée, vitesse de réponse rapide, longueur d'onde et taille adaptées à la taille de la fibre optique, peuvent être directement modulées, bonne cohérence.
Six, certaines des principales directions d'application du laser
F.Communication laser
Utiliser la lumière pour transmettre des informations est très courant aujourd’hui.Par exemple, les navires utilisent des feux pour communiquer et les feux de circulation utilisent le rouge, le jaune et le vert.Mais tous ces modes de transmission d’informations utilisant la lumière ordinaire ne peuvent être limités qu’à de courtes distances.Si vous souhaitez transmettre des informations directement vers des endroits éloignés grâce à la lumière, vous ne pouvez pas utiliser de lumière ordinaire, mais uniquement des lasers.
Alors, comment livrez-vous le laser ?Nous savons que l’électricité peut être transportée par des fils de cuivre, mais la lumière ne peut pas être transportée par des fils métalliques ordinaires.À cette fin, les scientifiques ont développé un filament capable de transmettre la lumière, appelé fibre optique, appelée fibre.La fibre optique est constituée de matériaux de verre spéciaux, son diamètre est plus fin qu'un cheveu humain, généralement de 50 à 150 microns, et très doux.
En fait, le noyau interne de la fibre est un verre optique transparent à indice de réfraction élevé et le revêtement extérieur est constitué de verre ou de plastique à faible indice de réfraction.Une telle structure, d'une part, peut faire en sorte que la lumière soit réfractée le long du noyau interne, tout comme l'eau s'écoulant vers l'avant dans la conduite d'eau, l'électricité transmise vers l'avant dans le fil, même si des milliers de rebondissements n'ont aucun effet.D'autre part, le revêtement à faible indice de réfraction peut empêcher la lumière de s'échapper, tout comme la conduite d'eau ne s'infiltre pas et la couche isolante du fil ne conduit pas l'électricité.
L'apparition de la fibre optique résout le mode de transmission de la lumière, mais cela ne signifie pas qu'avec elle, n'importe quelle lumière peut être transmise très loin.Seule une luminosité élevée, des couleurs pures, un bon laser directionnel, sont la source de lumière la plus idéale pour transmettre des informations, elle est entrée par une extrémité de la fibre, presque aucune perte et sortie de l'autre extrémité.Par conséquent, la communication optique est essentiellement une communication laser, qui présente les avantages d'une grande capacité, d'une haute qualité, d'une large source de matériaux, d'une forte confidentialité, d'une durabilité, etc., et est saluée par les scientifiques comme une révolution dans le domaine de la communication, et en est une. l'une des réalisations les plus brillantes de la révolution technologique.
Heure de publication : 29 juin 2023