Laser mengacu pada proses dan instrumen pembangkitan berkas cahaya monokromatik, koheren, dan terkolimasi melalui amplifikasi radiasi terstimulasi dan umpan balik yang diperlukan. Pada dasarnya, pembangkitan laser memerlukan tiga elemen: "resonator", "media penguat", dan "sumber pemompaan".
A. Prinsip
Keadaan gerak atom dapat dibagi ke dalam beberapa tingkat energi, dan ketika atom bertransisi dari tingkat energi tinggi ke tingkat energi rendah, ia melepaskan foton dengan energi yang sesuai (disebut radiasi spontan). Demikian pula, ketika foton mengenai sistem tingkat energi dan diserap olehnya, hal itu akan menyebabkan atom bertransisi dari tingkat energi rendah ke tingkat energi tinggi (disebut penyerapan tereksitasi); kemudian, beberapa atom yang bertransisi ke tingkat energi lebih tinggi akan bertransisi ke tingkat energi lebih rendah dan memancarkan foton (disebut radiasi terstimulasi). Pergerakan ini tidak terjadi sendiri-sendiri, tetapi sering kali paralel. Ketika kita menciptakan kondisi, seperti menggunakan media yang tepat, resonator, medan listrik eksternal yang cukup, radiasi terstimulasi diperkuat sehingga lebih besar dari penyerapan terstimulasi, maka secara umum, akan ada foton yang dipancarkan, sehingga menghasilkan cahaya laser.
B. Klasifikasi
Berdasarkan media yang menghasilkan laser, laser dapat dibagi menjadi laser cair, laser gas, dan laser padat. Saat ini, laser semikonduktor yang paling umum adalah jenis laser solid-state.
C. Komposisi
Sebagian besar laser terdiri dari tiga bagian: sistem eksitasi, material laser, dan resonator optik. Sistem eksitasi adalah perangkat yang menghasilkan cahaya, energi listrik, atau kimia. Saat ini, sarana insentif utama yang digunakan adalah cahaya, listrik, atau reaksi kimia. Zat laser adalah zat yang dapat menghasilkan cahaya laser, seperti rubi, kaca berilium, gas neon, semikonduktor, pewarna organik, dll. Peran kontrol resonansi optik adalah untuk meningkatkan kecerahan laser keluaran, menyesuaikan dan memilih panjang gelombang dan arah laser.
D. Aplikasi
Laser digunakan secara luas, terutama komunikasi serat, pengukuran jarak laser, pemotongan laser, senjata laser, cakram laser dan seterusnya.
E. Sejarah
Pada tahun 1958, ilmuwan Amerika Xiaoluo dan Townes menemukan fenomena ajaib: ketika mereka meletakkan cahaya yang dipancarkan oleh bola lampu internal pada kristal tanah jarang, molekul-molekul kristal akan memancarkan cahaya terang yang selalu kuat. Berdasarkan fenomena ini, mereka mengusulkan "prinsip laser", yaitu, ketika zat tersebut dieksitasi oleh energi yang sama dengan frekuensi osilasi alami molekulnya, maka akan menghasilkan cahaya kuat yang tidak menyimpang - laser. Mereka menemukan makalah penting untuk ini.
Setelah hasil penelitian Sciolo dan Townes dipublikasikan, para ilmuwan dari berbagai negara mengajukan berbagai skema percobaan, tetapi tidak berhasil. Pada tanggal 15 Mei 1960, Mayman, seorang ilmuwan di Laboratorium Hughes di California, mengumumkan bahwa ia telah memperoleh laser dengan panjang gelombang 0,6943 mikron, yang merupakan laser pertama yang pernah diperoleh manusia, dan dengan demikian Mayman menjadi ilmuwan pertama di dunia yang memperkenalkan laser ke dalam bidang praktis.
Pada tanggal 7 Juli 1960, Mayman mengumumkan lahirnya laser pertama di dunia, skema Mayman adalah dengan menggunakan tabung lampu kilat intensitas tinggi untuk merangsang atom kromium dalam kristal rubi, sehingga menghasilkan kolom cahaya merah tipis yang sangat terkonsentrasi, ketika ditembakkan pada titik tertentu, ia dapat mencapai suhu yang lebih tinggi dari permukaan matahari.
Ilmuwan Soviet H.Γ Basov menemukan laser semikonduktor pada tahun 1960. Struktur laser semikonduktor biasanya terdiri dari lapisan P, lapisan N, dan lapisan aktif yang membentuk heterojunction ganda. Karakteristiknya adalah: ukuran kecil, efisiensi kopling tinggi, kecepatan respons cepat, panjang gelombang dan ukuran sesuai dengan ukuran serat optik, dapat dimodulasi secara langsung, koherensi baik.
Enam, beberapa arah aplikasi utama laser
F. Komunikasi laser
Penggunaan cahaya untuk mengirimkan informasi sudah sangat umum saat ini. Misalnya, kapal menggunakan lampu untuk berkomunikasi, dan lampu lalu lintas menggunakan warna merah, kuning, dan hijau. Namun, semua cara pengiriman informasi menggunakan cahaya biasa ini hanya dapat dibatasi pada jarak pendek. Jika Anda ingin mengirimkan informasi langsung ke tempat yang jauh melalui cahaya, Anda tidak dapat menggunakan cahaya biasa, tetapi cukup menggunakan laser.
Jadi bagaimana cara Anda menyalurkan laser? Kita tahu bahwa listrik dapat dihantarkan melalui kabel tembaga, tetapi cahaya tidak dapat dihantarkan melalui kabel logam biasa. Untuk tujuan ini, para ilmuwan telah mengembangkan filamen yang dapat menyalurkan cahaya, yang disebut serat optik. Serat optik terbuat dari bahan kaca khusus, diameternya lebih tipis dari rambut manusia, biasanya 50 hingga 150 mikron, dan sangat lembut.
Faktanya, inti bagian dalam serat optik adalah kaca optik transparan dengan indeks bias tinggi, dan lapisan luarnya terbuat dari kaca atau plastik dengan indeks bias rendah. Struktur seperti itu, di satu sisi, dapat membuat cahaya dibiaskan di sepanjang inti bagian dalam, seperti air yang mengalir maju di dalam pipa air, listrik yang ditransmisikan maju di dalam kawat, bahkan jika ribuan lilitan dan belokan tidak memberikan efek apa pun. Di sisi lain, lapisan indeks bias rendah dapat mencegah cahaya bocor keluar, seperti halnya pipa air yang tidak merembes dan lapisan isolasi kawat tidak menghantarkan listrik.
Munculnya serat optik memecahkan cara mentransmisikan cahaya, tetapi tidak berarti bahwa dengan serat optik, cahaya apa pun dapat ditransmisikan ke jarak yang sangat jauh. Hanya kecerahan tinggi, warna murni, laser terarah yang baik, yang merupakan sumber cahaya paling ideal untuk mentransmisikan informasi, ia merupakan input dari satu ujung serat, hampir tidak ada kehilangan dan output dari ujung lainnya. Oleh karena itu, komunikasi optik pada dasarnya adalah komunikasi laser, yang memiliki keunggulan kapasitas besar, kualitas tinggi, sumber bahan yang luas, kerahasiaan yang kuat, daya tahan, dll., dan dipuji oleh para ilmuwan sebagai revolusi di bidang komunikasi, dan merupakan salah satu pencapaian paling cemerlang dalam revolusi teknologi.
Waktu posting: 29-Jun-2023