Cum Funcționează Laserii

{h1}

Laserele sunt utilizate în cd playere, exerciții dentare, chirurgie a ochilor și chiar îndepărtarea tatuajului. Dar ce este exact un laser? Aflați despre diferitele tipuri de lasere și cum generează o astfel de lumină concentrată.

Există doar aproximativ 100 de tipuri diferite de atomi în întregul univers. Tot ceea ce vedem este format din acești 100 de atomi într-un număr nelimitat de combinații. Modul în care acești atomi sunt aranjați și legați împreună determină dacă atomii alcătuiesc o cană de apă, o bucată de metal sau fizzul care iese din cutia de sodă!

Atomii sunt în continuă mișcare. Vibrează continuu, se mișcă și se rotește. Chiar și atomii care alcătuiesc scaunele în care stăm se mișcă. Solidele sunt de fapt în mișcare! Atomii pot fi diferiți stări de excitație. Cu alte cuvinte, ele pot avea energii diferite. Dacă aplicăm multă energie unui atom, acesta poate lăsa ceea ce se numește nivelul energetic al statului de la sol și du-te la un nivel excitat. Nivelul de excitație depinde de cantitatea de energie care se aplică atomului prin căldură, lumină sau electricitate.

Mai sus este o interpretare clasică a aspectului atomului.

Acest atom simplu este format din nucleu (care conține protonii și neutronii) și un nor de electroni. Este util să vă gândiți la electronii din acest nor care înconjoară nucleu pe multe orbite diferite.

Absorbtia energiei

Absorbția energiei: un atom absoarbe energia sub formă de căldură, lumină sau electricitate. Electronii pot trece de la o orbită cu energie mai mică la o orbită cu energie mai mare.


Absorbția energiei: un atom absoarbe energia sub formă de căldură, lumină sau electricitate. Electronii pot trece de la o orbită cu energie mai mică la o orbită cu energie mai mare.

Luați în considerare ilustrația din pagina anterioară. Deși viziunile mai moderne ale atomului nu prezintă orbite discrete pentru electroni, poate fi util să ne gândim la aceste orbite ca niveluri de energie diferite ale atomului. Cu alte cuvinte, dacă aplicăm o anumită căldură unui atom, ne-am putea aștepta ca unii dintre electronii din orbitalii cu energie inferioară să se treacă la orbitali cu energie mai mare, mai departe de nucleu.

Aceasta este o perspectivă extrem de simplificată asupra lucrurilor, dar reflectă de fapt ideea de bază a modului în care atomii funcționează în ceea ce privește laserele.

Odată ce un electron se deplasează pe o orbită cu energie superioară, în cele din urmă dorește să revină la starea de bază. Când o face, își eliberează energia sub forma a foton - o particulă de lumină. Vedeti atomi care elibereaza energie ca fotoni tot timpul. De exemplu, când elementul de încălzire dintr-un toaster devine roșu aprins, culoarea roșie este cauzată de atomi, excitați de căldură, eliberând fotoni roșii. Când vedeți o imagine pe un ecran TV, ceea ce vedeți este atomii de fosfor, excitați de electronii de mare viteză, care emit culori diferite de lumină. Orice care produce lumină - lumini fluorescente, felinare cu gaz, becuri incandescente - o face prin acțiunea electronilor care schimbă orbitele și eliberează fotoni.

Conexiunea laser / atom

A cu laser este un dispozitiv care controlează modul în care atomii energizați eliberează fotoni. "Laser" este un acronim pentru amplificare ușoară prin emisie stimulată de radiații, care descrie foarte succint cum funcționează un laser.

Deși există multe tipuri de lasere, toate au anumite caracteristici esențiale. Într-un laser, mediul de lasing este „pompat” pentru a aduce atomii într-o stare excitată. În mod obișnuit, scăpări de lumină sau descărcări electrice foarte intense pompează mediul de lasing și creează o colecție mare de atomi cu stare excitată (atomi cu electroni cu energie mai mare). Este necesar să existe o colecție mare de atomi în stare de excitare pentru ca laserul să funcționeze eficient. În general, atomii sunt excitați până la un nivel care este la două sau trei niveluri deasupra stării solului. Aceasta crește gradul de inversiunea populației. Inversia populației este numărul de atomi în stare excitată față de numărul în starea solului.

lasere

După ce mediul de lasing este pompat, acesta conține o colecție de atomi cu unii electroni care stau la niveluri excitate. Electronii excitați au energii mai mari decât electronii mai relaxați. La fel cum electronul a absorbit o anumită cantitate de energie pentru a atinge acest nivel excitat, acesta poate elibera și această energie. Așa cum ilustrează figura de mai jos, electronul se poate relaxa pur și simplu și, la rândul său, poate scăpa de o anumită energie. Acest energia emisă vine sub forma de fotoni (energie luminoasă). Fotonul emis are o lungime de undă (culoare) foarte specifică, care depinde de starea energiei electronului atunci când fotonul este eliberat. Doi atomi identici cu electroni în stări identice vor elibera fotoni cu lungimi de undă identice.

Lumina laser

Lumina cu laser este foarte diferită de cea normală. Lumina cu laser are următoarele proprietăți:
  • Lumina eliberată este monocromatica. Conține o lungime de undă specifică a luminii (o culoare specifică). Lungimea de undă a luminii este determinată de cantitatea de energie eliberată atunci când electronul scade pe o orbită inferioară.
  • Lumina eliberată este coerent. Este „organizat” - fiecare foton se mișcă pas cu ceilalți. Aceasta înseamnă că toți fotonii au fronturi de undă care se lansează la unison.
  • Lumina este foarte direcțional. O lumină laser are un fascicul foarte strâns și este foarte puternică și concentrată. O lanternă, în schimb, eliberează lumină în multe direcții, iar lumina este foarte slabă și difuză.

Pentru a face aceste trei proprietăți are nevoie de ceva numit emisie stimulata. Acest lucru nu apare în lanterna dvs. obișnuită - într-o lanternă, toți atomii își eliberează fotonii la întâmplare. În emisiile stimulate, emisia de fotoni este organizată.

Fotonul pe care îl eliberează orice atom are o anumită lungime de undă care depinde de diferența de energie dintre starea excitată și starea de sol. Dacă acest foton (care are o anumită energie și fază) ar trebui să întâlnească un alt atom care are un electron în aceeași stare excitată, poate apărea o emisie stimulată. Primul foton poate stimula sau induce emisia atomică astfel încât fotonul emis ulterior (din cel de-al doilea atom) să vibreze cu aceeași frecvență și direcție ca și fotonul de intrare.

Cealaltă cheie a unui laser este o pereche de oglinzi, câte unul la fiecare capăt al mediului de lasing. Fotonii, cu o lungime de undă și o fază foarte specifice, reflectă oglinzile pentru a călători înainte și înapoi prin mediul de lasing. În acest proces, ele stimulează alți electroni pentru a face energia descendentă să sară și pot provoca emisia de mai mulți fotoni cu aceeași lungime de undă și faza. Se produce un efect în cascadă și în curând am propagat mulți, mulți fotoni cu aceeași lungime de undă și faza. Oglinda de la un capăt al laserului este „pe jumătate argintată”, ceea ce înseamnă că reflectă o lumină și lasă o lumină. Lumina care trece prin ea este lumina laser.

Puteți vedea toate aceste componente în figurile din pagina următoare, care ilustrează cât de simplu este laser rubin lucrări.

Ruby Lasers

Un laser rubin este format dintr-un tub flash (cum ai avea pe o cameră), o tijă de rubin și două oglinzi (una pe jumătate argintată). Tija de rubin este mediul de lasing, iar tubul de pompare îl pompează.

Cum funcționează laserii: energie

1. Laserul în starea sa care nu lasă

Cum funcționează laserii: este

2. Tubul flash se aprinde și injectează lumină în tijă de rubin. Lumina excită atomii din rubin.

Cum funcționează laserii: este

3. Unii dintre acești atomi emit fotoni.

Cum funcționează laserii: care

4. Unii dintre acești fotoni rulează într-o direcție paralelă cu axa rubinului, astfel încât ei sări înapoi și înapoi din oglinzi. Pe măsură ce trec prin cristal, stimulează emisia în alți atomi.

Cum funcționează laserii: funcționează


5. Lumina monocromatică, monofazată, cu coloană, lasă rubinul prin oglinda cu jumătate de argint - lumină laser!

Laser cu trei niveluri

Iată ce se întâmplă într-un laser cu trei niveluri din viața reală.

Cum funcționează laserii: sunt


În secțiunea următoare, veți afla despre diferitele tipuri de lasere.

Tipuri de lasere

Există multe tipuri diferite de lasere. Mediul laser poate fi un solid, gaz, lichid sau semiconductor. Laserele sunt desemnate în mod obișnuit după tipul de material de lasare utilizat:

  • Lasere cu stare solidă au materialul de lasing distribuit într-o matrice solidă (cum ar fi rubinele sau neodimul: laserul cu litiu-aluminiu "Yag"). Laserul neodim-Yag emite lumină infraroșie la 1.064 nanometri (nm). Un nanometru este de 1x10-9 metri.
  • Lasere cu gaz (heliul și heliul-neonul, HeNe, sunt cele mai comune lasere de gaz) au o ieșire primară de lumină roșie vizibilă. Laserele cu CO2 emit energie în infraroșu îndepărtat și sunt utilizate pentru tăierea materialelor dure.
  • Lasere excimer (numele este derivat din termeni entuziasmat și dimeri) utilizați gaze reactive, cum ar fi clorul și fluorul, amestecate cu gaze inerte precum argonul, kriptonul sau xenonul. Când este stimulat electric, se produce o pseudo moleculă (dimer). Când este lasat, dimerul produce lumină în raza ultraviolete.
  • Lasere colorante folosiți coloranți organici complecși, cum ar fi rodamina 6G, în soluție lichidă sau suspensie ca mediu de lasing. Acestea sunt reglabile pe o gamă largă de lungimi de undă.
  • Lasere semiconductoare, uneori numite lasere cu diode, nu sunt lasere cu stare solidă. Aceste dispozitive electronice sunt în general foarte mici și utilizează o putere redusă. Pot fi încorporate în tablouri mai mari, cum ar fi sursa de scriere la unele imprimante laser sau CD playere.

Care este lungimea ta de undă?

A laser rubin (descris mai devreme) este un laser în stare solidă și emite la o lungime de undă de 694 nm. Alte medii de lasing pot fi selectate în funcție de lungimea de undă de emisie dorită (vezi tabelul de mai jos), puterea necesară și durata pulsului. Unele lasere sunt foarte puternice, cum ar fi laserul CO2, care poate tăia prin oțel. Motivul pentru care laserul CO2 este atât de periculos este pentru că emite lumină laser în regiunea infraroșului și a microundelor din spectru. Radiația infraroșie este căldură și acest laser se topește practic prin orice este focalizat.

Alte lasere, cum ar fi laserele cu diode, sunt foarte slabe și sunt folosite în indicatoarele laser de buzunar de astăzi. Aceste lasere emit de obicei un fascicul de lumină roșu care are o lungime de undă cuprinsă între 630 nm și 680 nm. Laserele sunt utilizate în industrie și cercetare pentru a face multe lucruri, inclusiv utilizarea luminii laser intense pentru a excita alte molecule pentru a observa ce li se întâmplă.

Iată câteva lasere tipice și lungimile de undă ale emisiilor lor:

Tip laser Lungime de undă (nm)
Fluorură de argon (UV)193
Fluorură de kripton (UV)248
Clorură de xenon (UV)308
Azot (UV)337
Argon (albastru)488
Argon (verde)514
Neon de heliu (verde)543
Neon de heliu (rosu)633
Colorant cu rodamină 6G (reglabil)570-650
Rubin (CrAlO3) (roșu)694
Nd: Yag (NIR)1064
Dioxid de carbon (FIR)10600

Clasificări laser

Cum funcționează laserii: sunt


Semn de avertizare cu laser

Laserele sunt clasificate în patru zone largi, în funcție de potențialul cauzator daune biologice. Când vedeți un laser, acesta trebuie să fie etichetat cu una dintre aceste patru denumiri de clasă:

  • Clasa I - Aceste lasere nu pot emite radiații laser la niveluri de pericol cunoscute.
  • Clasa I.A. - Aceasta este o denumire specială care se aplică numai pentru lasere care „nu sunt destinate vizualizării”, cum ar fi un scaner laser de supermarket. Limita superioară de putere a clasei I.A. este de 4,0 mW.
  • Clasa II - Acestea sunt lasere vizibile cu putere redusă, care emit peste nivelele clasei I, dar la o putere radiantă care nu depășește 1 mW. Conceptul este că reacția de aversiune umană la lumina strălucitoare va proteja o persoană.
  • Clasa IIIA - Acestea sunt lasere cu putere intermediară (cw: 1-5 mW), care sunt periculoase numai pentru vizualizarea intra-fasciculă. Cele mai multe lasere indicatoare similare cu stilou sunt din această clasă.
  • Clasa IIIB - Acestea sunt lasere cu putere moderată.
  • Clasa a IV-a - Acestea sunt lasere de mare putere (cw: 500 mW, cu impulsuri: 10 J / cm2 sau limita de reflexie difuză), care sunt periculoase de vizualizat în orice condiții (direct sau difuz împrăștiate) și sunt un potențial pericol de incendiu și un pericol pentru piele. Sunt necesare controale semnificative pentru instalațiile laser din clasa a IV-a.

Pentru mai multe informații despre lasere și subiecte conexe, consultați linkurile de pe pagina următoare.

Articole legate de WordsSideKick.com

  • Cum funcționează lumina
  • Cum funcționează atomii
  • Cum funcționează intermitentele camerei
  • Cum funcționează Luminile Negre
  • Cum funcționează lămpile fluorescente
  • Cum funcționează CD-urile
  • Cum funcționează arzătoarele de CD
  • Cum funcționează DVD-urile și DVD Playerele
  • Cum funcționează imprimantele cu laser
  • Cum funcționează LASIK
  • Cum funcționează îndepărtarea tatuajului
  • Cum va funcționa propulsia luminii
  • Cum va funcționa memoria holografică
  • Cum funcționează un pistol cu ​​viteză laser pentru a măsura viteza unei mașini?

Mai multe legături grozave

  • Întrebări frecvente despre Sam - Probabil cea mai bună sursă pentru surse de siguranță, construcții și piese
  • FDA: Chirurgie cu ochi cu laser
  • Chirurgie laser cu ochi - LASIK, PRK
  • Chirurgie laser pentru apnee de sforăit și somn
  • Tehnologie cu spectacol laser
- -

Despre autor
Matthew Weschler deține o diplomă de MS în Chimie Organică Fizică de la Universitatea de Stat din Florida. Tema sa a fost spectroscopia laser cu picosecundă și a studiat modul în care moleculele reacționează la picosecunde după ce au fost bombardate de lumina laser.






Descoperiri Științifice

Cercetare


Science News


Bounty Hunter Ucide Gargantuan Python Din Birmania, Obține 375 Usd, Câștigă Recunoștința Noastră Nefericită
Bounty Hunter Ucide Gargantuan Python Din Birmania, Obține 375 Usd, Câștigă Recunoștința Noastră Nefericită

50 De Milioane De Ani Vechi De Redwood Găsite În Mina De Diamant
50 De Milioane De Ani Vechi De Redwood Găsite În Mina De Diamant

Controlul Nașterii Gratuit Reduce Rata Avortului Cu 62%
Controlul Nașterii Gratuit Reduce Rata Avortului Cu 62%

Fantomă Iluzie Creată În Laborator Cu Robot Nou
Fantomă Iluzie Creată În Laborator Cu Robot Nou

Cum Funcționează Crypton Super Fabrics
Cum Funcționează Crypton Super Fabrics


RO.WordsSideKick.com
Toate Drepturile Rezervate!
Reproducerea Oricăror Materiale Permise Prostanovkoy Doar Link-Ul Activ La Site-Ul RO.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RO.WordsSideKick.com