Как да работят с лазери

Лазери използват навсякъде: от кабинета на зъболекаря към научно-фантастични филми. Но как работят те? Защо лазерни указатели са толкова различни от обичайните фенерче? Защо от лазер може да се създаде съкрушително оръжие? И защо лазерни мечове все още не е толкова опасно, тъй като техните стоманени колеги? Говорим за природата на лазер и да се надява, че след като прочетете станеш малко по-умен.

Лазери — това е…

Toplifehacker.com_26.09.2016_WgM9mUOlRZdf5Лазери — това е този вид често срещано, която все още се чуди. Те се използват всеки ден в стоматологията, на татуировка-салони за красота, печат и при възпроизвеждане на CD-плейъри (помните ли ги?). Но те също изскочи в sci-fi филми, удря ни изглед лазерни мечове или лазерни blasters. Ние постоянно очакваме да чуем от тях нещо ново. Да се надяваме, че ще се появи нов вид оръжие и всички ще бъдат такива: «пиу-пиу-пиу!». Но какво всъщност знаем за лазери? Смята се, че лазерът е такава форма на светлината. Но това не е съвсем така. Той има свойството да монохроматичности и съгласуваността, които позволяват използването на технология лазер в уникални случаи. Обикновени лампи и фенери видимо губят лазери в това поле боя.

Структурата на атома

За да се разбере, как работят лазери, ние първо трябва да разгледаме един атом. Всичко, с което ти си взаимодействуешь: стол, на който седи, въздухът, който дишаш, дори и телата ни — всичко е направено от малки частици, наречени атоми. Ако погледнем в периодичната таблица на елементите, а след това ще видим около сто различни видове атоми, които съществуват и днес. Различни материали се състоят от различни комбинации от тези елементи.

Порада.с.ua_26.09.2016_XhsLuBlR6Q2Yd

Всеки атом съдържа ядрото (състоящ се от протони и неутрони) и набор от електрони, които постоянно са в движение по орбита около ядрото. Атомите имат постоянна енергия, която не се нуждае от презареждане. Електроните, които се намират по-близо до ядрото, могат да бъдат изложени на стимулиране, което ще доведе до «возбужденному» състояние на атома (звучи като еротика 70-те, но това е физика).

Благодарение на квантовата механика ние знаем, че такъв атом не може да се пътува в отделни, точно определени орбити. Но ако се вземе енергия под формата на светлина и топлина, той лесно може да се трансформира в по-високо енергетично състояние. Когато всички тези перевозбужденные електроните решат да си починат, а след това те могат да се съберат със своите съседи в по-ниски енергийни нива на атома, за да подчертае енергия под формата на фотони и лъчи на светлината. Разликата между началната и крайната орбитата на електроните се определя и се освобождава енергия на фотона, която, от своя страна, ще се определи дължината на вълната и цвета на излъчваната светлина.Какво е лазер и как работи той?

Ако ти не седеше на последната parte и в часовете по физика, тогава трябва да се помни, че думата «лазер» е акроним, който означава «усилване на светлината чрез принудително излъчване». Ключовата дума в тази прочит — «принудителна». Това, което отличава лазери от по-простите форми на светлината. Когато ти си включаешь обикновен фенер, светлината премина в случаен траекториям във всички посоки, в резултат на което той се разсейва и става сравнително слаб. А сега вземете лазер, светлината на които са «принудени» и «договорен» — фотони се движат в унисон и в една посока. В резултат на това ние получаваме по-тесен, но по-интензивен лъч светлина.

Но как да фотони се съобразят с тези строги правила?

Хайде да се върнем към нашата картина на атома. Когато електрон преминава от възбуда състоянието на енергия в състояние на покой, издаден фотон има определено количество енергия. Енергията на един фотон е равна на разликата между енергията на основното и възбуда състояние на атома. Ако наскоро освободен фотон се сблъсква с друг електрон, който се намира в същия развълнуван енергийния състояние, то той (електрон) придобива свойства на фотона — неговата енергия (цвят) и фаза (относителното положение).

Toplifehacker.com_26.09.2016_RNd8AmvvaRma4Ако имаш достатъчно електрони, намиращи се в развълнувани, а след това на първия фотон може да започне верижна реакция стимулированного радиация. Ако фотони ще са повече, тогава електроните започват да се движат обратно на своите познати енергийни състояния, да пусне на свобода на нови фотони, които, от своя страна, стимулират се изхвърлят още повече фотони. В крайна сметка този излъчваната светлина ще има постоянна енергия и постоянна дължина на вълната. Светът на такава вълна се нарича едноцветни.

Това е верижна реакция фотон — това е нещо, върху което работят лазери. И изпомпване на електроните става с помощта на мощна светкавица светлина или електрически импулс. След като първите се отделят фотони навън, лазери, с две огледални места, отразяват тези фотони, стимулира движението на светлината там и обратно през работно тяло. В крайна сметка, в лазере става истинска оргия на фотони.

Лазерни осовите звезди

Съсредоточени лазери ги прави идеални инструменти за рязане, когато се нуждаят от точна, права линия. Това изискване често влиза в играта, когато става дума за човешкото тяло, това разрез на роговицата за подобряване на зрението, премахване на татуировки или корекции сколотого на зъба.

Спиране.com.ua_26.09.2016_myTQpc0XAFBep

Въпреки това, най-готино използването на лазер ние виждаме в астрономията. Когато астрономите гледат на далечен обект, например, в звезда през телескопи, тогава светлината, която виждаме, е нарушена, като минава през неспокойную атмосферата на Земята. Понякога информацията е толкова трудно да се разчете, че е невъзможно да се определи има ли изкривяване на имот звезди или това е просто ефект от гледането през земната атмосфера.

Един от начините за заобикаляне на този проблем е техника адаптивна оптика: астрономите наблюдават обект на изследване, и в същото време отбелязват изключително ярък обект, като правило, най-близката до нас звезда. Тъй като учените вече знаят какво да очакват от обекта на сравнението, те гледат на изображението, което те виждат, с изключение на всички атмосферни грешка. Получена атмосферни модел, след което се използва за адаптация на оптиката на телескопа в реално време, за да компенсира ефекта на атмосферата при спазване цел.Но в този метод има голям проблем. Не винаги под ръка добър и ярък обект на сравнение. Когато на небето няма нищо подходящо, а след това астрономите да създават своя собствена «звезда» с помощта на лазерен лъч, работещ направо в рая. Тоест, днес учените могат да създадат лазерна опорна звезда на всяко място, където това е необходимо. Просто представете си това е много по-хладен от всеки меч, нали?

По материали на д-р Сабрины Стирвольт