Ви коли-небудь замислювалися над тим, як працюють лазери? Ось все, що вам потрібно знати

Лазери! Зрозуміло, що вони дивовижні – але як саме вони працюють? Чому ми всі не носимо їх у кишені? Хочете вірте, хочете ні, але, мабуть, носите – завдяки сучасній електроніці. Ось історія про те, як працює лазер (підсилення світла за допомогою вимушеного випромінювання), і що він робить, коли потрапляє на об’єкт.

Вся справа в електронах

Давайте повернемося на деякий час до уроків фізики: Лазер завдячує своїм існуванням електронам, які, як ви пам’ятаєте, є енергетичними частинками, що обертаються навколо атома, утворюючи його “оболонку”.

• Ось все, що вам потрібно знати про компанію Boring Company
• Що таке Hyperloop? Ось все, що вам потрібно знати
• Все, що вам потрібно знати про чарівну магнітну липку речовину, відому як ферофлюїд

Деякі електрони мають здатність поглинати енергію із зовнішніх джерел і переходити на більш високоенергетичні орбіти, принаймні тимчасово. Однак електрони швидко повертаються на свої звичайні орбіти і вивільняють додаткову енергію, яку вони використали, яка потім пульсує за межами атома.

Електрони роблять це постійно – саме так створюється більшість випромінювання! Увімкніть ліхтарик, і ви побачите купу електронів, які каскадом розкидають енергетичні рівні по всьому світу. Але причина того, що ваш ліхтарик не є потужним лазерним променем (вибачте), полягає в тому, що ці електрони не синхронізовані. Замість цього вони стрибають всюди, вивільняють енергію хаотично, і навряд чи коли-небудь знаходяться на одній довжині хвилі або в один і той же час. Насправді, електрони, здається, природно розсіюють свої довжини хвиль і час в цих ситуаціях, що робить випадкові лазери майже – але не повністю – неможливими.

При створенні лазера інженерам доводиться діяти як диригентам оркестру для незліченної кількості електронів, змушуючи їх усіх набирати енергію і синхронно її випускати. У разі успіху це створює когерентний потік фотонів, які рухаються однаково, в один і той же час, в одному і тому ж напрямку… і народжується лазер. Це відбувається завдяки ретельно побудованому процесу і правильним матеріалам, про які ми поговоримо в наступному розділі!

Анатомія сучасного лазера

Лазери бувають різних розмірів, від крихітних маленьких лазерів в мікрочіпах до величезних лазерів в наукових дослідницьких установах. Однак більшість з них можна розбити на три дуже важливі частини, які дозволяють лазеру функціонувати.

Джерело енергії: По-перше, лазерам потрібне джерело енергії (також зване джерелом накачування або механізмом збудження) для закачування енергії в лазер, щоб його електрони мали багато енергії для роботи. Існує кілька різних популярних типів джерел енергії, включаючи прямі електричні розряди, хімічні реакції та потужні джерела світла, такі як лампи-спалахи.

Середовище: Середовище (зазвичай

Оптична порожнина: Оптична порожнина або резонатор приймає все світло, що випускається середовищем, і фокусує його. У класичній лазерній установці використовуються два дзеркала, які відбивають світло вперед і назад для синхронізації імпульсів, посилюючи енергію і спрямовуючи її до невеликого отвору, куди спрямований лазер.

Що відбувається, коли лазер влучає в щось

Коли лазер потрапляє на матеріал, він діє так само, як і інше випромінювання: Частина поглинається, частина відбивається, а частина може проходити крізь матеріал або передаватися. Але це мало що говорить нам про те, що конкретний сфокусований лазер насправді робить з матеріалом, тому давайте детальніше розглянемо кілька основних категорій практичного використання лазерів і те, як вони працюють.

Освітлення: У цьому випадку лазери просто використовуються для освітлення чогось, що важко побачити. Так, іноді навіть звичайний ліхтарик не допоможе, особливо на дуже великих відстанях – або коли вчителі дуже хочуть використати лазерну указку. І так, це може бути небезпечно.

Відбиття: Коли лазери фокусуються на відбитті, вони, як правило, передають інформацію. Найкращим прикладом тут є оптичний дисковод, який можна знайти в програвачах Blu-ray, комп’ютерах і так далі. Проте існує також багато застосувань в інтелектуальних пристроях.

Піролітична/фотолітична реакція: Тут лазер, як правило, призначений для того, щоб змінити щось… деструктивно. Піролітичні версії нагрівають матеріал, як правило, щоб розплавити його (і, агов, іноді підстрелити птахів). Фотолітичні версії руйнують хімічні зв’язки в матеріалі для досягнення аналогічних цілей.

Передача: Тут лазер призначений для передачі коду, який містить цінні дані, як у волоконній оптиці.

Зміна стану: Це свого роду універсальна категорія, але в ряді випадків мета лазера полягає в тому, щоб змінити матеріал або перетворити себе в інший тип енергії (без спалювання чого-небудь). У цьому випадку матеріал поглинає лазер і потім зазнає цікавої трансформації. Наприклад, деякі лазери перетворюють світло на звук. Багато таких пристроїв мають цінне застосування в повсякденній інженерії.

Рекомендації редакції

• Що таке штучний інтелект? Ось все, що вам потрібно знати
• Що таке штучна нейронна мережа? Тут все, що вам потрібно знати
• Що таке 3D-друк? Ось все, що вам потрібно знати
• Пік метеорного потоку Оріоніди припадає на ці вихідні! Ось все, що вам потрібно знати
• Все, що потрібно знати про Великий адронний колайдер

Source: digitaltrends.com