|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
TEKNOLOJİ TARİHİ, TEKNOLOJİ, ÇEVREMİZDEKİ NESNELER
Lazer. Buluş ve üretim tarihi
Rehber / Teknolojinin, teknolojinin, çevremizdeki nesnelerin tarihi Bir lazer (İngiliz lazeri, uyarılmış radyasyon emisyonuyla ışık amplifikasyonunun kısaltması) veya bir optik kuantum üreteci, pompa enerjisini (ışık, elektrik, termal, kimyasal vb.) tutarlı enerjiye dönüştüren bir cihazdır. , monokromatik, polarize ve dar yönlendirilmiş radyasyon akısı. Lazer operasyonunun fiziksel temeli, uyarılmış (uyarılmış) radyasyonun kuantum mekanik olgusudur. Lazer radyasyonu, sabit bir güçle sürekli veya son derece yüksek tepe güçlere ulaşan darbeli olabilir. Bazı şemalarda, lazerin çalışma elemanı, başka bir kaynaktan gelen radyasyon için bir optik yükseltici olarak kullanılır. Çalışma ortamı olarak maddenin tüm toplu hallerini kullanan çok sayıda lazer türü vardır. Boya çözeltisi lazerleri veya polikromatik katı hal lazerleri gibi bazı lazer türleri, geniş bir spektral aralıkta çok çeşitli frekanslar (optik boşluk modları) üretebilir. Lazerlerin boyutları, bazı yarı iletken lazerler için mikroskobik boyuttan, bazı neodimiyum cam lazerler için bir futbol sahası boyutuna kadar değişir. Lazer radyasyonunun benzersiz özellikleri, onları bilim ve teknolojinin çeşitli dallarında ve ayrıca CD okumak ve yazmaktan kontrollü termonükleer füzyon alanındaki araştırmalara kadar günlük yaşamda kullanmayı mümkün kıldı.
Lazerin nispeten basit aygıtına rağmen, çalışmasının altında yatan süreçler son derece karmaşıktır ve klasik fizik yasalarıyla açıklanamaz. Maxwell ve Hertz zamanından beri bilim, elektromanyetik ve özellikle ışık radyasyonunun bir dalga doğasına sahip olduğu fikrini oluşturmuştur. Bu teori, gözlenen optik ve fiziksel olayların çoğunu iyi açıkladı. Ancak zaten XNUMX. yüzyılın sonunda, bu teoriye uymayan bazı deneysel veriler elde edildi. Örneğin, fotoelektrik etki olgusunun, ışığın dalga doğası hakkındaki klasik fikirler açısından tamamen anlaşılmaz olduğu ortaya çıktı. 1900 yılında, bu sapmaların doğasını açıklamaya çalışan ünlü Alman fizikçi Max Planck, elektromanyetik radyasyon ve özellikle ışık emisyonunun sürekli değil, ayrı mikroskobik kısımlarda meydana geldiği varsayımını yaptı. 1905'te Einstein, fotoelektrik etki teorisini geliştirerek Planck'ın fikrini güçlendirdi ve elektromanyetik radyasyonun gerçekten de porsiyonlar halinde yayıldığını (bu bölümler kuanta olarak adlandırılmaya başlandı) ve daha sonra, yayılma sürecinde her bir bölümün kendi özelliğini koruduğunu ikna edici bir şekilde gösterdi. "bireysellik" ezilmez ve başkalarıyla yığılmaz, bu yüzden onu yalnızca tamamen özümseyebilirsiniz. Bu tanımlamadan, kuantaların çoğu durumda dalgalar gibi değil, parçacıklar gibi davrandığı ortaya çıktı. Ancak aynı zamanda dalga olmaktan çıkmazlar (örneğin, bir kuantumun durgun kütlesi yoktur ve yalnızca 300000 km / s hızında hareket eder), yani belirli bir dualizmleri vardır. Kuantum teorisi, daha önce anlaşılmayan birçok fenomeni ve özellikle radyasyonun madde ile etkileşiminin doğasını açıklamayı mümkün kıldı. Basit bir örnek verelim: Bir vücut ısıtıldığında neden ışık yayar? Diyelim ki bir gaz brülöründeki bir çiviyi ısıtırken, önce koyu kırmızı bir renk aldığını, sonra kırmızıya döndüğünü fark edeceğiz. Isıtmaya devam ederseniz, kırmızı renk önce sarıya sonra da göz kamaştırıcı bir beyaza dönüşür. Böylece tırnak sadece kızılötesi (termal) değil, aynı zamanda görünür ışınlar da yaymaya başlar. Bu fenomenin nedeni aşağıdaki gibidir. Tüm cisimler (tırnağımız dahil) moleküllerden, moleküller de atomlardan oluşur. Her atom, etrafında az çok elektronun döndüğü küçük, çok yoğun bir çekirdektir. Bu elektronlar çekirdeğin etrafında rastgele hareket etmezler, ancak her biri kendi kesin olarak ayarlanmış seviyesindedir; Buna göre, bazı seviyeler çekirdeğe daha yakın, diğerleri ise ondan daha uzaktır. Bu seviyelere enerji seviyeleri denir, çünkü üzerlerinde bulunan elektronların her birinin kendine özgü, yalnızca bu seviyeye özgü enerjisi vardır. Elektron durağan seviyedeyken enerji yaymadan hareket eder. Atomun bu durumu sonsuza kadar devam edebilir. Ancak atoma dışarıdan belirli bir miktarda enerji verilirse (bir çivi ısıtıldığında olduğu gibi), atom "uyarılır". Bu uyarımın özü, elektronların maddeye nüfuz eden radyasyon kuantumlarını (örneğimizde, bir gaz brülörünün kızılötesi termal radyasyonunu) emmesi, enerjilerini kazanması ve bundan dolayı daha yüksek enerji seviyelerine hareket etmesidir. Ancak elektronlar bu yüksek seviyelerde sadece çok kısa bir süre (saniyenin binde biri, hatta milyonda biri) kalabilirler. Bu süreden sonra, her elektron tekrar durağan seviyesine döner ve aynı zamanda bir kuantum enerji (veya aynısı, belirli bir uzunlukta bir dalga) yayar. Bu dalgalardan bazıları görünür aralıktadır (görünür ışığın bu niceliklerine foton denir; ısıtılmış bir çivinin parıltısı gibi uyarılmış atomlar tarafından fotonların emisyonunu gözlemleriz). Çivili örneğimizde, kuantaların emilmesi ve yayılması süreci kaotik bir şekilde ilerlemektedir. Karmaşık bir atomda, üst seviyelerden alt seviyelere çok sayıda elektron geçişi gözlenir ve her biri kendi frekansıyla radyasyon yayar. Bu nedenle, radyasyon, bazı atomlar foton yayarken, diğerleri onları emerek, aynı anda birkaç spektrumda ve farklı yönlerde gider. Aynı şekilde, kuanta herhangi bir ısıtılmış cisim tarafından yayılır. Bu cisimlerin her biri (Güneş, ark kaynağı veya bir akkor lambanın filamanı olsun) aynı anda farklı uzunluklarda (veya aynı olan, farklı enerjilerin kuantası) birçok dalga yayar. Bu nedenle, ne kadar mükemmel bir lense veya başka bir optik sisteme sahip olursak olalım, ısıtılmış bir cisim tarafından yayılan radyasyonu kesinlikle paralel bir ışına odaklayamayacağız - her zaman belirli bir açıyla uzaklaşacaktır. Bu anlaşılabilir bir durumdur - sonuçta, her dalga lenste kendi açısında kırılacaktır; bu nedenle, hiçbir koşulda paralelliklerini elde edemeyiz. Bununla birlikte, kuantum teorisinin kurucuları, doğal koşullarda meydana gelmeyen, ancak insan tarafından modellenebilen başka bir radyasyon olasılığını zaten düşünmüşlerdir. Gerçekten de, belirli bir enerji seviyesine ait bir maddenin tüm elektronlarını uyarmak ve sonra onları tek bir yönde kuantum yaymaya zorlamak mümkün olsaydı, o zaman son derece güçlü ve aynı zamanda son derece güçlü bir enerji elde etmek mümkün olurdu. son derece homojen radyasyon darbesi. Böyle bir ışını odaklayarak (onu oluşturan tüm dalgalar aynı uzunlukta olduğundan), ışının neredeyse mükemmel bir paralelliğini elde etmek mümkün olacaktır. Einstein ilk kez, 1917'de "Kuantum teorisine göre radyasyon emisyonu ve emilimi" ve "Radyasyonun kuantum teorisi üzerine" çalışmalarında, kendi dediği gibi, radyasyonu uyarma olasılığı hakkında yazdı. Uyarılmış emisyon özellikle aşağıdaki şekilde elde edilebilir. Elektronları zaten "aşırı uyarılmış" ve üst enerji seviyelerinde olan bir cisim hayal edelim ve onların yeni bir kuanta kısmı ile ışınlandıklarını varsayalım. Bu durumda çığa benzer bir süreç oluşur. Elektronlar zaten enerji ile "aşırı doymuş". Ek ışınlamanın bir sonucu olarak, üst seviyelerden parçalanırlar ve bir çığ gibi alt seviyelere giderler, kuantum elektromanyetik enerji yayarlar. Ayrıca, bu kuantaların salınımlarının yönü ve fazı, gelen dalganın yönü ve fazı ile çakışmaktadır. Çıkış dalgasının enerjisi, girişte bulunanın enerjisini birçok kez aştığında, dalganın rezonans amplifikasyonunun etkisi olacaktır. Ancak yayılan fotonların katı paralelliği nasıl elde edilir? Bunun açık ayna rezonatörü adı verilen çok basit bir cihazla yapılabileceği ortaya çıktı. İki ayna arasındaki bir tüpe yerleştirilmiş aktif bir maddeden oluşur: normal ve yarı saydam.
Yarı saydam bir aynaya düşen maddenin yaydığı fotonlar kısmen içinden geçer. Geri kalanlar yansır ve ters yönde uçar, sonra sol aynadan yansır (şimdi hepsi) ve tekrar yarı saydam aynaya ulaşır. Bu durumda, uyarılmış maddeden her geçişten sonra foton akışı büyük ölçüde artar. Ancak sadece aynalara dik hareket eden dalga güçlendirilecektir; yeterli amplifikasyon almadan, dikeyden en az hafif bir sapma ile aynaya düşen geri kalan her şey, aktif maddeyi duvarlarından bırakır. Sonuç olarak, giden akımın çok dar bir yönlülüğü vardır. Lazerlerin çalışmasının altında yatan bu uyarılmış emisyon elde etme ilkesidir (lazer kelimesinin kendisi, uyarılmış emisyon ile ışık amplifikasyonunun İngilizce tanımının ilk harflerinden oluşur ve stimüle emisyon ile ışığın amplifikasyonu anlamına gelen radyasyon). Bu olağanüstü cihazın yaratılmasından önce uzun bir tarih geçmiştir. Teknolojinin, lazerin icadını, ilk bakışta hem optik hem de kuantum elektrodinamiğinden uzak olan uzmanlara, yani radyo fizikçilerine borçlu olması ilginçtir. Ancak, bunun kendi derin kalıbı vardır. 40'ların başından beri, dünyanın her yerindeki radyo fizikçilerinin santimetre ve milimetre dalga aralıklarında ustalaşmaya çalıştıkları daha önce söylenmişti, çünkü bu, ekipmanı, özellikle anten sistemlerini önemli ölçüde basitleştirmeyi ve azaltmayı mümkün kıldı. Ancak kısa süre sonra, eski tüp jeneratörlerinin yeni koşullarda çalışmak için pek uyarlanamayacağı anlaşıldı. Onların yardımıyla, 1 mm'lik dalgalar üretmek pek mümkün değildi (bu jeneratörlerdeki elektromanyetik salınımların frekansı saniyede birkaç milyara ulaştı), ancak daha kısa dalgalar için jeneratörlerin yaratılmasının imkansız olduğu ortaya çıktı. Elektromanyetik dalgalar üretmek için temelde yeni bir yönteme ihtiyaç vardı. Tam o sırada, Sovyet radyo fizikçileri Alexander Prokhorov ve Nikolai Basov çok ilginç bir sorunu incelemeye başladılar - radyo dalgalarının gazlar tarafından emilmesi. Savaş sırasında bile radarın yaydığı belirli uzunluktaki dalgaların diğerleri gibi çevredeki nesnelerden yansımadığı ve bir "yankı" vermediği keşfedildi. Örneğin, 1 cm uzunluğunda bir dalga ışını uzayda çözülüyor gibiydi - bu uzunluktaki dalgaların aktif olarak su buharı molekülleri tarafından emildiği ortaya çıktı. Daha sonra, her gazın belirli bir uzunluktaki dalgaları, moleküllerinin bir şekilde ona "ayarlandığı" şekilde emdiği ortaya çıktı. Bu deneylerden bir sonraki fikre sadece bir adım kaldı: eğer atomlar ve moleküller belirli bir uzunluktaki dalgaları emebiliyorsa, o zaman onları da yayabilir, yani bir jeneratör görevi görebilir. Böylece, elektron tüpleri yerine milyarlarca özel uyarılmış gaz molekülünün radyasyon kaynağı olarak kullanılacağı bir gaz radyasyon jeneratörü yaratma fikri doğdu. Böyle bir çalışma için beklentiler çok cazip görünüyordu, çünkü radyo mühendisliğinin ihtiyaçları için yalnızca mikrodalga dalgalarının aralığını değil, aynı zamanda çok daha kısa olanları, örneğin görünür dalgaların aralığını (görünür ışığın dalga boyu 0-4 mikron, bu da saniyede binlerce milyar titreşim sırasına karşılık gelen bir frekansa karşılık gelir). Yol boyunca en önemli sorun, aktif bir ortamın nasıl oluşturulacağıydı. Basov ve Prokhorov, amonyağı bu şekilde seçtiler. Jeneratörün çalışmasını sağlamak için, atomları uyarılmış durumda olan aktif gaz moleküllerini, atomları kuanta absorpsiyonuna yönelik olan uyarılmamış olanlardan ayırmak gerekiyordu. Bu amaçla geliştirilen kurulum şeması, içinde vakum oluşturulan bir kaptı. Bu kaba ince bir amonyak molekülü demeti verildi. Yollarına yüksek voltajlı bir kondansatör takıldı. Yüksek enerjili moleküller kendi alanında serbestçe uçarken, düşük enerjili moleküller kapasitör alanı tarafından taşındı. Moleküller enerjiye göre bu şekilde sıralanır. Aktif moleküller, yukarıda açıklananla aynı şekilde tasarlanmış bir rezonatöre girdi. İlk kuantum jeneratörü 1954'te yaratıldı. Bir watt'ın yalnızca milyarda biri kadar bir güce sahipti, böylece çalışmalarını yalnızca hassas aletler kaydedebilirdi. Ancak bu durumda, fikrin kendisinin temel doğruluğunun onaylanması çok daha önemliydi. Teknoloji tarihinde yeni bir sayfa açan olağanüstü bir zaferdi. Aynı günlerde, Columbia Üniversitesi'nde bir grup Amerikalı radyofizikçi Charles Towns, "maser" adı verilen benzer bir cihaz yarattı. (1963'te Basov, Prokhorov ve Townes, temel keşiflerinden dolayı Nobel Ödülü'nü aldılar.) Basov-Prokhorov kuantum jeneratörü ve Towns ustası henüz lazer değildi - 1 cm uzunluğunda radyo dalgaları ürettiler ve lazerler, on binlerce kat daha kısa olan görünür aralıkta elektromanyetik dalgalar yayarlar. Bununla birlikte, her iki cihazın çalışma prensibi aynıdır, bu nedenle lazerin yaratıcısının yalnızca belirli sorunları çözmesi gerekiyordu. Öncelikle uyarılmış duruma geçebilecek uygun bir etken madde bulmak gerekiyordu çünkü her madde bu özelliğe sahip değil. İkincisi, bir uyarma kaynağı oluşturmak, yani aktif maddeye ek enerji vererek aktif maddeyi uyarılmış bir duruma aktarma yeteneğine sahip bir cihaz. Üçüncüsü, aktif maddenin tüm uyarılmış partiküllerini uyarmaya katılmaya zorlamak ve ayrıca sadece aktif maddenin uzunlamasına ekseni boyunca yayılan titreşimleri yükseltmek için açık bir rezonatör gerekliydi. Dördüncüsü, uyarma kaynağına enerji vermek için bir güç kaynağına ihtiyaç vardı, aksi takdirde lazer çalışmazdı. Bütün bu problemler farklı şekillerde çözülebilir. Çalışma, birçok bilim insanı tarafından aynı anda birkaç yönde gerçekleştirildi. Bununla birlikte, diğerlerinden önce, 1960 yılında ilk yakut tabanlı lazeri yaratan Amerikalı fizikçi Theodor Meiman, aziz hedefe ulaştığı için şanslıydı.
Bir yakut lazerin çalışmasının özü aşağıdaki gibidir. Güç kaynağından gelen enerji, uyarma kaynağı tarafından aktif maddeyi ışınlayan bir elektromanyetik alana dönüştürülür. Bu ışınlamanın bir sonucu olarak, aktif madde bir denge durumundan uyarılmış bir duruma geçer. Aktif maddenin iç enerjisi önemli ölçüde artar. Bu işleme etkin maddenin "pompalanması" veya "pompalanması" denir ve uyarım kaynağına "pompalama" veya "pompalama" kaynağı denir. Aktif maddenin atomları uyarılmış bir duruma geçtiğinde, bir elektronun herhangi bir nedenle üst seviyeden kaçması yeterlidir, böylece bir ışık fotonu yaymaya başlar, bu da sırayla birkaç elektronu düşürür. uyarılmış elektronların geri kalanı tarafından çığ benzeri bir enerji salınımına neden olacak üst seviye. Açık bir rezonatör, aktif maddenin radyasyonunu sadece bir yönde yönlendirecek ve güçlendirecektir. Meiman, aktif bir madde olarak suni yakut kullandı (yakut, alüminyum atomlarının bir kısmının krom atomları ile değiştirildiği, malzemenin tamamı değil, sadece krom iyonları nedeniyle özellikle önemli olan alüminyum oksitten oluşan kristal bir maddedir. , ışığın emilmesine katılır). Uyarma jeneratörü üç bloktan oluşuyordu: bir yayılan kafa, bir güç kaynağı ünitesi ve bir fırlatma ünitesi. Yayıcı kafa, aktif maddenin çalışması için koşulları yarattı. Güç kaynağı, ana ve yardımcı olmak üzere iki kapasitörün şarjı için enerji sağladı. Tetik ünitesinin temel amacı, yüksek voltaj darbesi üretmek ve bunu flaş lambasının tetik elektrotuna uygulamaktı. Yayan kafa, bir yakut çubuk ve iki U şeklinde flaş lambasından oluşuyordu. Lambalar standarttı, ksenonla doluydu. Her taraftan, lambalar ve yakut çubuk, reflektör rolü oynayan alüminyum folyo ile kaplandı. Kondansatör, güçlü bir lamba flaşına neden olan yaklaşık 40 bin voltluk bir darbe voltajı biriktirdi ve uyguladı. Flaş, yakutun atomlarını anında uyarılmış bir duruma aktardı. Bir sonraki darbe için kapasitörün yeni bir şarjı gerekliydi.
Bu, genel olarak, çok basit bir cihaz büyük ilgi uyandırdı. Basov ve Towns'ın keşfinin özü yalnızca uzmanlar için açıksa, Meiman lazeri, deneyimsizler üzerinde bile büyük bir etki yarattı. Gazetecilerin huzurunda, Meiman tekrar tekrar cihazını açtı ve çalışmasını gösterdi. Aynı zamanda, uçtaki delikten bir kurşun kalem kalınlığından daha fazla olmayan bir ışın yayıldı. Neredeyse hiç genişlemeden duvara yaslandı ve göz kamaştırıcı bir yuvarlak noktayla son buldu. Ancak Meiman, diğer mucitlerin sadece marjinal olarak önündeydi. Çok zaman geçmedi ve her taraftan yeni lazer türlerinin yaratıldığına dair raporlar gelmeye başladı. Yakuta ek olarak, lazerlerde aktif madde olarak birçok başka bileşik kullanılabilir, örneğin, safsızlıklarla stronsiyum florür, safsızlıklarla baryum florür, cam vb. Gaz olabilirler. Aynı 1960 yılında, Ali Javan tarafından helyum-neon bazlı bir gaz lazeri oluşturuldu. Gaz karışımının uyarılmış hali, güçlü bir elektrik alanı ve gaz deşarjları vasıtasıyla sağlandı. Bununla birlikte, hem katı hal lazerleri hem de gaz lazerleri çok düşük verimliliğe sahiptir. Çıkış enerjileri tüketilenin %1'ini geçmez. Sonuç olarak, kalan %99 gereksiz yere harcanır. Bu nedenle 1962 yılında Basov, Krokhin ve Popov tarafından yarı iletken lazerin icadı çok önemli hale geldi.
Sovyet fizikçileri, yarı iletkenler bir elektrik veya ışık darbesinden etkilenirse, o zaman bazı elektronların atomlarını terk edeceğini ve burada pozitif yüklerin rolünü oynayan "delikler" oluştuğunu keşfettiler. Elektronların atomların yörüngelerine eşzamanlı dönüşü, fotonların yayılması nedeniyle daha yüksek bir enerji seviyesinden daha düşük bir seviyeye geçiş olarak düşünülebilir. Bir elektron ışını tarafından uyarıldığında bir yarı iletken lazerin verimliliği %40'a ulaşabilir. Etkin madde olarak n-tipi safsızlıklar içeren galyum arsenit kullanılmıştır. Bu malzemeden boşluklar ya bir küp şeklinde ya da yarı iletken diyot olarak adlandırılan paralel boru şeklinde yapılmıştır. Diyot plakası, n-bölgesi ile elektriksel temas sağlamak için altınla kaplanmış bir molibden levhaya lehimlenmiştir. P-bölgesinin yüzeyinde gümüş ile bir altın alaşımı biriktirildi. Diyotun uçları bir rezonatör rolü oynadı, bu yüzden dikkatlice parlatıldılar. Aynı zamanda polisaj işlemi sırasında yüksek doğrulukla birbirine paralel olarak yerleştirilmiştir. Radyasyon tam olarak diyotun bu taraflarından çıktı. Üst ve alt taraflar, voltajın uygulandığı kontaklar olarak görev yaptı. Cihazın girişine darbeler uygulandı. Lazerler çok hızlı bir şekilde insan hayatına girmiş ve teknolojinin ve bilimin birçok alanında kullanılmaya başlanmıştır. Endüstriyel üretimleri 1965 yılında, Amerika'da 460'tan fazla şirketin lazer sistemlerinin geliştirilmesi ve yaratılmasına tek başına başladığı zaman başladı. Yazar: Ryzhov K.V.
▪ kumanda
Dokunma emülasyonu için suni deri
15.04.2024 Petgugu Global kedi kumu
15.04.2024 Bakımlı erkeklerin çekiciliği
14.04.2024
▪ Kedi ve köpek: uyumun sırları ▪ Kansere karşı köpekbalığı kanı ▪ Yenilenebilir enerji herkes için yeterli olmayabilir
▪ Sitenin modelleme bölümü. Makale seçimi ▪ makale Yemek yemek, biraz bal tatmak ve şimdi ölüyorum. Popüler ifade ▪ makale Ne zamandan beri buharlı gemiler denizde seyrediyor? ayrıntılı cevap ▪ Paran'ın makalesi. Efsaneler, yetiştirme, uygulama yöntemleri ▪ Makale Yapay yağ. Basit tarifler ve ipuçları
Ana sayfa | Kütüphane | Makaleler | Site haritası | Site incelemeleri
www.diagram.com.ua |
İlginç makaleler öneriyoruz bölüm 
Diğer makalelere bakın bölüm 
En son bilim ve teknoloji haberleri, yeni elektronikler:
Bu sayfanın tüm dilleri