Izum američkog fizičara Theodora Harolda Maimana 1960. godine omogućio je ostvarenje sna pisaca naučne fantastike - da koriste snop svjetlosti kao ultra oštar nož i kao moćan nož. aparat za zavarivanje. Maiman je otkrio da se intenzitet svjetlosti može povećati stimulacijom emisije fotona "pumpanjem" aktivnog materijala energijom. Uređaj koji je stvorio, nazvan laser - skraćeno od engleskog Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (“pojačanje svjetlosti stimuliranom emisijom”), omogućio je revoluciju ne samo mnogih tehnika industrijske proizvodnje, već i metoda medicinske intervencije.
Takve precizne informacije mogu biti od velikog interesa, na primjer u biologiji, za razumijevanje funkcioniranja biomolekula. „Jodometan je relativno jednostavan molekul za razumevanje procesa koji se dešavaju kada su organska jedinjenja oštećena radijacijom“, kaže Artem Rudenko. "Ako postoji više od jedne metil grupe, više elektrona može biti usisano."
Tim za otkrivanje je također bio u mogućnosti da teoretski opiše ovu izuzetno brzu dinamiku. Ovo je omogućeno zahvaljujući novom softveru razvijenom za tu priliku. "Ovo nije samo prvi put da možemo uspješno provesti eksperiment, već je to i prvi put da možemo dati numerički opis procesa", kaže Sphel Sang-Kil Son, koautor studije i vođa tima koji je razvio softver za analizu. „Prikupljeni podaci su veoma važni za istraživanje snopa slobodnih elektrona jer detaljno pokazuju šta se dešava tokom radijacije.
Raznolikost lasera
Maiman se u svom radu oslanjao na Ajnštajnove podatke s početka 20. veka. o svjetlosnim česticama-fotonima. Nakon Drugog svjetskog rata, u vezi s razvojem radarske tehnologije i radioastronomije, interesovanje istraživača usmjerilo se na mikrovalne pećnice. Američki fizičar Charles Towns odlučio je povećati intenzitet mikrovalnog snopa. Uzbudivši molekule amonijaka do visokog energetskog nivoa zagrijavanjem ili električnom stimulacijom, naučnik je zatim kroz njih propuštao slab mikrotalasni snop. Rezultat je bio moćno pojačalo mikrotalasnog zračenja, koje je Townes 1953. nazvao "mazer". Godine 1958. Townes i Arthur Shavlov su napravili sljedeći korak: umjesto mikrovalne pećnice, pokušali su pojačati vidljivo svetlo. Na osnovu ovih eksperimenata Maiman je stvorio prvi laser 1960. godine. Godine 1972. izumljeno je fleksibilno svjetlovodno vlakno, koje je omogućilo korištenje lasera u operaciji. Sada se mnoge operacije mogu izvesti bez krvoprolića.
U kristalu glinice rubin, neki atomi aluminija izmjenjuju atome hroma. Atomi hroma apsorbuju zelenu i plavu svetlost i samo razdvajaju ili odbijaju crvenu svetlost. Za rubin laser, kristal ima oblik cilindra. Na jednom kraju kristala postavljeno je potpuno reflektirajuće ogledalo, a na drugom polu-reflektirajuće. Lampa visokog intenziteta je u obliku spirale oko rubinskog cilindra kako bi se kristal osvijetlio bijelom svjetlošću, pokrećući laserski odgovor. Zelene i plave talasne dužine ove svetlosti gase elektrone na atomima hroma na višem energetskom nivou.
1966: Peter Sorokin i Fritz Schäfer istovremeno i nezavisno izmišljaju laser na boji.
1970: Prvi laserski šou na svetu prikazan je na Minhenskom operskom festivalu.
1970: Prvi prenos podataka preko optičkog kabla.
1972-1975: Prvi laserski snimljeni CD-i su komercijalno dostupni.
Po povratku u svoje normalno stanje, elektroni emituju karakteristično rubin crveno svjetlo. Ogledala reflektiraju neke zrake natrag u kristal rubina, uzrokujući da crvenu svjetlost emituju drugi atomi hroma sve dok svjetlosni snop ne dostigne dovoljnu snagu i zrači energiju u obliku fotona pohranjenih u kristalu. Moderni laseri stvaraju milione puta snažnije zrake.
Laser se razlikuje od konvencionalnih izvora svjetlosti kao što su volframove žarulje sa žarnom niti po dva vrlo važna svojstva emitirane svjetlosti. Prvi je konzistentnost njegove svjetlosti. Talasi u emitiranoj svjetlosti su u fazi jedni s drugima, paralelni i međusobno se pojačavaju, tako da mogu putovati velike udaljenosti bez ometanja. Naprotiv, obična svjetlost se sastoji od zraka različitih valnih dužina, koje se lako raspršuju. Koherentnost vam omogućava da se fokusirate laserski zrak sa velikom preciznošću.
Ko je izumio laser?
Šta je laser?
Svi smo toliko navikli na riječ LASER da više ne pretpostavljamo da je ovo samo skraćenica. Zapravo, riječ "laser" ("laser") sastoji se od početnih slova u engleskoj frazi Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, što u prijevodu na ruski znači "pojačavanje svjetlosti uz pomoć stimulirane emisije zračenja ."
Ko je izumeo laser?
Još jedna karakteristika lasera je njihova snaga. Iako je ukupna energija koju emituje Sunce mnogo veća od energije koju emituje laser u uskom području spektra u kojem laser emituje, njegova energija je veća od energije Sunca i svih drugih poznatih izvora svjetlosti.
mnogo gasova i gasne mešavine u slučaju električnog pražnjenja, počinju stvarati lasersko zračenje. Odlikuju se vrlo visokim stepenom koherentnosti i niskom divergencijom zraka. Na primjer, helijum neonski laser emituje vidljivo crveno svjetlo i koristi se u mnogim istraživanjima i obrazovni programi. Azotni helijum laser generiše infracrveno svetlo, ima visoku efikasnost i veliku izlaznu snagu.
Istorijski gledano, vjeruje se da su laser izumili ruski naučnici Basov i Prokhorov 1958. godine, za što su 1964. godine dobili Nobelovu nagradu, zajedno sa američkim Taunsima, čiji je rad Prokhorov koristio u razvoju. Međutim, prvi su to napravili Amerikanci rubin laser i uspostavio serijsku proizvodnju, to je bio Hughes Aircraft. A još ranije, 1916. godine, Albert Einstein je predvidio samu mogućnost indukcije od strane vanjskog elektromagnetno polje zračenja atoma, na osnovu kojih će svi laseri raditi u budućnosti.
Ako poluvodička struktura tranzistorskog tipa procuri, može doći i do laserskog efekta. Prinosi i izlazna snaga ovih poluvodičkih lasera su mali, ali imaju visoku efikasnost. Takvi laseri se uglavnom koriste u sistemima povezivanja.
Postoje i hemijski laseri, koji nastaju kao rezultat energetski intenzivnih hemijskih reakcija, kao i na bazi boja koje, kada su zračene ultraljubičastim zračenjem, stvaraju lasersko zračenje. Posuda je napunjena razrijeđenim plinom. U normalnim uslovima, većina atoma je u osnovnom stanju.
laser danas
Pronalazak lasera jedno je od najznačajnijih otkrića 20. stoljeća. I svakako je imalo dubok uticaj na svet. Sada ne postoji nijedna oblast u kojoj se laser ne bi koristio. Trenutno se područja primjene lasera svakim danom šire. Od prve industrijske upotrebe lasera za bušenje rupa u rubinima sata, ovi uređaji se uspješno koriste u većini raznim oblastima, dok koristite Razne vrste laseri.
Ako se plin ozrači bijelom svjetlošću, neki od atoma apsorbiraju fotone s energijom, a jedan od najudaljenijih elektrona ovih atoma prelazi u pobuđeno stanje. Po pravilu, elektron ostaje u pobuđenom stanju samo 10-8 sekundi i spontano se vraća na niži nivo, gdje atom pada na foton.
Ajnštajn predviđa postojanje druge vrste zračenja, koja se zove stimulisana emisija, budući da je takva stimulisana apsorpcija izazvana fotonom koji interaguje sa atomom koji emituje. Umjesto da ga atom apsorbira, foton uzrokuje da se elektron vrati u osnovno stanje i emituje novi foton. Dakle, nakon stimulirane emisije, fotoni postaju dva: foton koji emituje foton i foton koji emituje atom. Oba fotona imaju istu energiju, šire se u istom pravcu i pod određenim uslovima mogu izazvati stimulisanu emisiju drugih atoma.
Uobičajeno je sve laserske sisteme podijeliti u tri glavne grupe: solid state laseri, gasni i poluprovodnički laseri. Prije nekog vremena pojavili su se sistemi kao što su podesivi laseri na boji i laseri sa aktiviranim staklom u čvrstom stanju.
Posebno mjesto među ovim sistemima zauzima CO2 laser, koji spada u grupu gasnih lasera. Ove vrste lasera mogu isporučiti snagu od nekoliko vati do desetina kilovata. Budući da ovi laseri zahtijevaju široko korištene plinove kao što su He, Ar i CO2, oni su naširoko korišteni u industriji. I iako efikasnost ovih lasera nije visoka, 5-10% od toga je sasvim dovoljno da takve vrste obrade kao što su lasersko rezanje, zavarivanje i termička obrada budu konkurentne.
Nakon čitavog lanca sličnih procesa, broj fotona raste poput lavine. Fotoni uzrokuju dvije vrste atomskih prijelaza: u stanje više energije ili u stanje niže energije. Vjerovatnoća dva procesa je ista. Kada svjetlost uđe u sistem atoma, obično se opaža samo stimulirana apsorpcija fotona, jer je u slučaju termičke ravnoteže broj atoma u osnovnom stanju mnogo veći od broja pobuđenih atoma. Stoga je broj stimuliranih emisionih procesa zanemarljivo mali. Međutim, ako se dogodi suprotan slučaj, nazvan inverzna populacija: ima više atoma u pobuđenom stanju nego u osnovnom stanju, tada su stimulirani emisioni procesi veći od stimuliranih procesa apsorpcije.
Tehnologija laserskog rezanja
Najnapredniji od danas predstavljenih procesa je lasersko rezanje. U poređenju sa drugim metodama rezanja: kiseonikom, plazmom itd. lasersko rezanje ima značajne prednosti, kao što su: velika brzina i tačnost rezanja.
Međutim, sam proces nije tako jednostavan kao što se čini. Zraka se dovodi striktno okomito u odnosu na tretiranu površinu uz pomoć sistema ogledala ili optičkog vlakna i fokusira se pomoću sočiva. Dolazeći na površinu proizvoda, snop trenutno dovodi materijal do tačke topljenja i više. Da bi se osigurao kvalitetan proces, potrebno je ispuhati rastopljeni materijal, inače će se proces rezanja pretvoriti u zavarivanje. Obično se za to koristi kisik, dušik i drugi plinovi koji se kroz posebnu mlaznicu upuhuju u mjesto djelovanja žarišne točke. Mlaznica prečnika ne više od 1,5 mm prilikom kretanja treba da bude geometrijski smeštena na jednom mestu, što zahteva poseban sistem koji bi kontrolisao i pritisak i potreban zazor između površine dela i mlaznice. Uređaj koji direktno uključuje sistem fokusiranja i sistem praćenja naziva se rezna glava.
Zbog stimulirane emisije, broj fotona se povećava, a svjetlost, umjesto da se apsorbira, raste. Takvi uslovi se stvaraju u laserima. engleska riječ"laser" je skraćenica za "pojačanje svjetlosti" stimuliranom emisijom. Laser je optički uređaj koji zahtijeva vanjsku energiju za stvaranje energije. Obavezno za lasere.
Obrnutu populaciju podržava vanjski izvor energije: atomi apsorbiraju energiju iz izvora i prelaze u pobuđeno stanje. Metastabilnost se naziva pobuđeno stanje u kojem elektron može biti prisutan mnogo duže nego u normalnim pobuđenim stanjima. Emitirani fotoni moraju više puta proći kroz aktivni medij kako bi izazvali prisilno pobuđivanje većeg broja pobuđenih atoma. Ovo se postiže upotrebom dva paralelna ogledala koja se nalaze sa obe strane aktivnog medija. Jedno ogledalo potpuno reflektuje svetlost, a drugo je prozirno - deo svetlosti prolazi kroz njega i formira se laserski snop.
- Ovo je okruženje u kojem se stvara inverzna zbirka nivoa.
- Pobuđeno stanje mora biti metastabilno.
- U ovom slučaju, stimulirana emisija se izvodi prije spontane emisije.
Kao rezultat toga, da bi se osiguralo sečenje dijelova duž tražene konture, potreban je trokoordinatni XYZ sistem, gdje kretanje rezne glave duž dvije XY ose prati zadatu konturu (prema programu), a treća koordinata Z automatski prati udaljenost do površine ili je ručno podešava operater. Najčešći sistemi su koordinatne tablice portalnog tipa sa „letećom optikom“.
Aktivni medij u ovom tipu lasera je mješavina plinova helija i neona smještenih u zatvorenu staklenu cijev. Isporučuje se na cijev visokog napona, i dolazi do pražnjenja plina. Slobodni elektroni generirani plinskim pražnjenjem ubrzavaju se električnim poljem, udarajući u atome helija i dovodeći ih u pobuđeno stanje: jedan od elektrona atoma helija prelazi iz osnovnog stanja u najbliže energetski pobuđeno stanje.
Ovo stanje neona je metastabilno. Rezultirajući svjetlosni val reflektira dva ogledala, više puta prolazi kroz aktivni medij i pojačava se stimuliranom emisijom velikog broja atoma. Nikolaj Sabotinov iz Odeljenja za prirodno-matematičke nauke Bugarske akademije nauka održaće predavanje „Bakar-brom-bakarni laser – od pronalaska do istraživanja do proizvodnje“.
