Meta naħsbu fil-lejżers, jiġu f'moħħna raġġi ta' dawl b'diversi kuluri-mill-linji ħomor tal-iskannjar fil-bankijiet tal-kaxxi tas-supermarket, għal wirjiet tal-lejżers aħdar li jgħammxu f'kunċerti, għal lejżers infra-aħmar inviżibbli użati fil-qtugħ industrijali. Għaliex dawn il-lejżers jidhru f'kuluri differenti? X'jiddetermina eżattament il-wavelength ta' laser?
Fi kliem sempliċi, il-wavelength ta 'lejżer jiddetermina l-kulur li nipperċepixxu. Wavelength tirreferi għad-distanza li jivvjaġġa d-dawl f'ċiklu vibrazzjonali wieħed, u dawl ta 'wavelengths differenti huwa pperċepit mill-għajn tal-bniedem bħala kuluri differenti.
Fi ħdan l-ispettru tad-dawl viżibbli:
1. Tul ta' mewġ ta' madwar. 400-450 nanometri: Lejżer vjola
2. Tul ta' mewġ ta' madwar. 450-485 nanometri: Lejżer blu
3. Wavelength ta' madwar. 500-565 nanometri: Lejżer aħdar
4. Wavelengths madwar 565-590 nanometri: Lejżer isfar
5. Wavelengths madwar 625-740 nanometri: Lejżer aħmar
Lil hinn minn din il-firxa jinsabu lejżers infra-aħmar u ultravjola inviżibbli.
Tliet Fatturi Ewlenin li Jiddeterminaw il-Wavelength tal-Laser
1. Is-"Sors" tal-Laser
Il-mezz attiv huwa l-aktar fattur kritiku li jiddetermina t-tul tal-mewġ tal-lejżer. Tipi differenti ta 'lejżers jużaw materjali attivi differenti, li l-istrutturi atomiċi jew molekulari tagħhom jiddettaw il-wavelengths tad-dawl li jistgħu jiġġeneraw.
Lejżers Komuni u Wavelengths Tipiċi tagħhom
- Elju-Laser Neon: 632.8 nm (aħmar)
- Laser tad-Diossidu tal-Karbonju: 10.6 μm (infra-aħmar)
- Argon Ion Laser: 488/514 nm (cyan)
- Nd:YAG Laser: 1064 nm (infra-aħmar)
- Lejżer semikonduttur: Firxa wiesgħa ta 'wavelength skond il-materjal
Kull mezz tax-xogħol jippossjedi struttura unika ta 'livell ta' enerġija, distintiv daqs il-marki tas-swaba 'ta' persuna. Meta l-elettroni fl-atomi jittrasformaw bejn livelli ta 'enerġija differenti, jirrilaxxaw fotoni ta' enerġija speċifika, u b'hekk jiġġeneraw dawl tal-lejżer ta 'wavelength partikolari.
2. Il-"Heartbeat" tal-Lejżers
Il-ġenerazzjoni tal-lejżer toriġina minn tranżizzjonijiet fil-livell tal-enerġija fi ħdan l-atomi jew il-molekuli tal-mezz tax-xogħol. Dan il-proċess jaderixxi ma 'regoli stretti mekkaniċi quantum:
- Elettroni fl-atomi jokkupaw livelli distinti ta' enerġija (stati ta' enerġija)
- Meta elettron jgħaddi minn livell ta 'enerġija ogħla għal wieħed aktar baxx, jarmi foton
- L-enerġija tal-foton tikkorrispondi preċiżament mad-differenza tal-enerġija bejn iż-żewġ livelli
Skont il-formula λ=hc/E (fejn λ huwa wavelength, h hija l-kostanti ta' Planck, c hija l-veloċità tad-dawl, u E hija enerġija), l-enerġija E tiddetermina l-wavelength λ. Għalhekk, l-istruttura tal-livell tal-enerġija tal-mezz tax-xogħol taġixxi bħal għarbiel, li tippermetti biss dawl ta 'wavelengths speċifiċi li jiġi amplifikat, li jiffurmaw dawl tal-lejżer.
3. Il-"Kontrollur tal-Kwalità" tal-Laser
Ir-resonatur ottiku jikkonsisti f'żewġ mirja maħdumin b'mod preċiż pożizzjonati fi truf opposti tal-mezz attiv. Filwaqt li din l-istruttura ma tbiddilx il-wavelength fundamentali tal-laser, għandha rwol kruċjali biex tiżgura l-monokromatiċità u l-istabbiltà tal-frekwenza tal-laser:
- L-aġġustament tat-tul tar-resonatur jippermetti-rfinar tal-frekwenza preċiża tal-lejżer.
- Ir-resonatur jamplifika b'mod selettiv id-dawl ta 'wavelengths speċifiċi filwaqt li jrażżan oħrajn.
- Resonatur ta'-kwalità għolja jipproduċi lejżers b'wisa' ta' linji estremament dejqa, jiġifieri kuluri eċċezzjonalment puri.
Lejżers ta' wavelengths differenti jservu applikazzjonijiet kompletament distinti:
- Lejżers ultravjola: Manifattura tal-mikroelettronika, mediċina tal-lejżer, riċerka xjentifika
- Lejżers ħodor (532nm): Wirjiet tal-lejżer, pinen li jippontaw astronomiċi
- Lejżers infra-aħmar: Komunikazzjonijiet tal-fibra ottika (1310, 1550nm), qtugħ bil-lejżer, iwweldjar, applikazzjonijiet militari
- Lejżers ħomor (630-680nm): indikaturi tal-lejżer, skaners tal-barcode tas-supermarket, plejers tad-DVD, komunikazzjoni bikrija tal-fibra ottika
- Lejżers blu (madwar. 405nm): Plejers Blu-ray, ħażna ta' data-densità għolja
Il-prevalenza ta 'pointers tal-lejżer aħdar fis-suq mhix koinċidenza. L-għajn tal-bniedem hija l-aktar sensittiva għad-dawl isfar-aħdar madwar 550 nanometru. F'livelli ta 'enerġija ekwivalenti, lejżers ħodor jidhru isbaħ b'mod sinifikanti minn lejżers ħomor jew blu. Fil-fatt, laser aħdar 532nm jidher madwar 8 darbiet isbaħ minn laser aħmar 635nm tal-istess qawwa!
Il-wavelengths tal-lejżer mhumiex magħżula b'mod arbitrarju iżda huma determinati b'mod preċiż mill-proprjetajiet fiżiċi tal-mezz tax-xogħol, l-istruttura tal-livell tal-enerġija kwantistika tiegħu, u l-kavità tar-resonatur ottiku. Minn aħmar għal vjola, minn viżibbli għal inviżibbli, kull wavelength tal-lejżer jippossjedi l-mekkaniżmu ta 'ġenerazzjoni uniku u l-valur ta' applikazzjoni tiegħu. Id-dinja tal-lejżers tirrappreżenta l-interazzjoni perfetta bejn il-liġijiet fiżiċi u t-teknoloġija tal-inġinerija. Il-fehim tax-xjenza wara wavelengths tal-lejżer mhux biss jissodisfa l-kurżità tagħna iżda wkoll jgħinna nisfruttaw aħjar dan id-dawl notevoli f'oqsma bħall-mediċina, il-komunikazzjonijiet u l-manifattura.
