¿Cómo se produce el láser? ¿Cuáles son los conceptos de fotones, electrones, moléculas, iones, átomos y partículas?

Principios

Los estados de movimiento de los átomos se pueden dividir en diferentes niveles de energía. Cuando los átomos pasan de un nivel de energía alto a un nivel de energía bajo, liberan fotones de la energía correspondiente (la llamada emisión espontánea). Del mismo modo, cuando un fotón incide sobre un sistema de niveles de energía y es absorbido por él, hace que los átomos salten de un nivel de energía más bajo a un nivel de energía más alto (la llamada absorción estimulada). Algunos de los átomos que saltaron a niveles de energía más altos saltan luego a niveles de energía más bajos, liberando fotones (la llamada emisión estimulada de radiación). Estos movimientos no son aislados sino que a menudo ocurren simultáneamente. Cuando creamos una condición, como usar un medio adecuado, una cavidad resonante y un campo eléctrico externo suficiente, la emisión estimulada amplificará más que la absorción estimulada, por lo que generalmente se emitirán fotones, generando así luz láser.

Clasificación

Según el medio que genera el láser, los láseres se pueden dividir en láseres líquidos, láseres de gas y láseres sólidos. El láser semiconductor más común es uno de los láseres sólidos.

Composición

El láser se compone principalmente de un sistema de excitación, material láser y una cavidad resonante óptica. Un sistema de excitación es un dispositivo que genera energía luminosa, eléctrica o química. En la actualidad, los principales medios de excitación son la luz, la electricidad o la reacción química. Las sustancias láser son sustancias que pueden producir luz láser, como el rubí, el vidrio de berilio, el neón, los semiconductores, los tintes orgánicos, etc. La función del control del resonador óptico es mejorar el brillo del láser de salida, ajustar y seleccionar la longitud de onda y la dirección del láser.

Aplicación de aplicación

El láser se usa ampliamente en comunicaciones de fibra óptica, alcance láser, corte láser, armas láser, grabación láser, etc.

Historia

En 1958, los científicos estadounidenses Luo Xiao y Downs descubrieron un fenómeno mágico: cuando iluminaban con la luz de una bombilla interna un cristal de tierras raras, las moléculas del cristal Emite una luz brillante que permanece unida. Basándose en este fenómeno, propusieron el "principio del láser", es decir, cuando una sustancia es excitada por energía con la misma frecuencia de oscilación natural de sus moléculas, producirá esta luz fuerte no divergente: el láser.

Desde la publicación de los resultados de la investigación de Sholo y Towns, científicos de varios países han propuesto varios planes experimentales, pero todos han fracasado. En mayo de 1960, Maiman, un científico del Laboratorio Hughes en California, EE. UU., anunció que había obtenido un láser con una longitud de onda de 0,6943 micrones. Este fue el primer láser jamás obtenido por la humanidad. Por lo tanto, Maiman se convirtió en la primera persona en lograrlo. mundo a utilizar un láser.

El 7 de julio de 1960, Maiman anunció el nacimiento del primer láser del mundo. El plan de Maiman es utilizar un tubo de destello de alta intensidad para excitar los átomos de cromo en los cristales de rubí, creando un haz rojo alargado y bastante concentrado que, cuando alcanza un cierto punto, puede alcanzar temperaturas superiores a las de la superficie del sol.

El ex científico soviético H.γ. Basov inventó el láser semiconductor en 1960. La estructura de un láser semiconductor suele estar formada por una capa P, una capa N y una capa activa, formando una doble heterounión. Se caracteriza por su tamaño pequeño, alta eficiencia de acoplamiento, velocidad de respuesta rápida, longitud de onda y tamaño compatibles con el tamaño de la fibra, modulación directa y buena coherencia.

Fotón: antiguamente conocido como cuanto de luz, el cuanto de radiación electromagnética, la partícula estándar que transmite la interacción electromagnética, registrada como γ. Tiene masa en reposo cero y no tiene carga. Su energía es el producto de la constante de Planck por la frecuencia de la radiación electromagnética, E=hv. Corre a la velocidad de la luz C en el vacío y tiene un espín de 1, por lo que es un bosón.

Electrón: partícula elemental estable con una masa en reposo de 9,109×10-31kg y una carga de -1,602×10-19c. En términos generales, se refiere a electrones cargados negativamente. Sus antipartículas están cargadas positivamente.

Molécula: En química, molécula es el nombre de la unidad básica de la materia.

Ión: Átomo o molécula cargado eléctricamente, o grupo de átomos o moléculas unidos entre sí.

Los iones positivos se denominan "iones positivos" y los iones cargados negativamente se denominan "iones negativos".

Átomo: Unidad más pequeña de un elemento. Está formado por un núcleo y electrones que orbitan alrededor de él.

Partículas: Las partículas se refieren a los componentes materiales más pequeños que pueden existir en estado libre. Las primeras partículas fueron electrones y protones, y el neutrón fue descubierto en 1932. Se confirmó que los átomos están compuestos de electrones, protones y neutrones, los cuales son componentes materiales más básicos que los átomos, por eso se les llama partículas elementales. Desde entonces, se han descubierto más y más partículas de este tipo, y el número acumulado supera los cientos, y la tendencia es cada vez más fuerte. Además, se ha descubierto que algunas de estas partículas no tienen estructuras internas y otras tienen estructuras internas obvias. Parece que estas partículas no pertenecen al mismo nivel, por lo que el término partículas elementales ha pasado a la historia y ahora se denominan colectivamente partículas.