Solicite datos de alcance láserHu Haitang, ex subdirector del Departamento de Información de la Comisión Nacional de Ciencia y Tecnología para Tecnología Láser y Espacial—— 1. Tecnología láser - 1. ¿Qué es el láser y la tecnología láser? El láser es un tipo de luz que no existe en la naturaleza, después de ser excitada, tiene las características de buena direccionalidad, alto brillo, buena monocromaticidad y buena coherencia. Los físicos remontan el mecanismo de generación del láser a la hipótesis planteada por Einstein en 1917 cuando explicó la ley de la radiación del cuerpo negro, es decir, la absorción y emisión de luz puede pasar por tres procesos básicos: absorción estimulada, emisión estimulada y emisión espontánea. . Como todos sabemos, la luminiscencia de cualquier fuente de luz está relacionada con el estado de movimiento de las partículas de su material. Cuando las partículas (átomos, moléculas o iones) en un nivel de energía bajo absorben energía externa (luz) de frecuencia apropiada y se excitan para saltar al nivel de energía alto correspondiente (absorción estimulada), siempre intentan saltar a un nivel de energía más bajo. Al mismo tiempo, el exceso de energía se libera en forma de fotones. Si no hay acción de fotones externos, la luz se libera espontáneamente (radiación espontánea). La luz liberada en este momento es luz ordinaria (como luces eléctricas, luces de neón, etc.), que se caracteriza por una frecuencia, dirección y ritmo inconsistentes. de luz. Sin embargo, si un fotón externo salta directamente de un nivel de energía alto a un nivel de energía bajo, y el exceso de energía se libera en forma de fotones (radiación estimulada), entonces el fotón liberado será completamente consistente con la frecuencia del fotón incidente externo. , fase y dirección de propagación. Esto significa que la luz externa se intensifica, lo que se denomina amplificación de la luz. Obviamente, si a través de la absorción estimulada, el número de partículas de alto nivel de energía es mayor que el número de partículas de bajo nivel de energía (el número de partículas se invierte), este fenómeno de amplificación de la luz será más obvio, y entonces se puede utilizar un láser. formado. La razón por la que el láser se llama luz mágica es porque tiene cuatro características que la luz ordinaria no tiene en absoluto. -1. Buena direccionalidad: las fuentes de luz ordinarias (sol, lámparas incandescentes o lámparas fluorescentes) emiten luz en todas las direcciones, mientras que la dirección de emisión del láser puede limitarse a un ángulo sólido de menos de unos pocos miliradianes (Figura 8-9). de modo que la dirección de la iluminación es La iluminación aumenta decenas de millones de veces. La colimación, la guía y el alcance del láser aprovechan esta buena característica de directividad. -2. Alto brillo: el láser es la fuente de luz más brillante en la actualidad y sólo puede compararse con el intenso destello de luz en el momento de la explosión de una bomba de hidrógeno. El brillo de la luz solar es de aproximadamente 103 W/(cm2. Esférico), y el brillo de la luz de salida del láser de alta potencia es de 7 a 14 órdenes de magnitud mayor que el de la luz solar. De esta manera, aunque la energía total del láser no es necesariamente muy grande, debido a la alta concentración de energía, es fácil producir alta presión y altas temperaturas de decenas de miles o incluso millones de grados Celsius en un punto diminuto. La perforación, el corte, la soldadura y la cirugía láser aprovechan esta propiedad. La luz con buenas propiedades monocromáticas son las ondas electromagnéticas. El color de la luz depende de su longitud de onda. La luz emitida por fuentes de luz ordinarias suele contener varias longitudes de onda y es una mezcla de varios colores de luz. La luz del sol incluye siete colores de luz visible: rojo, azul, amarillo, verde, cian, índigo y violeta, así como luz invisible como la luz infrarroja y la luz ultravioleta. Las longitudes de onda de un determinado tipo de láser se concentran únicamente en una banda espectral o rango de frecuencia muy estrecho. Por ejemplo, la longitud de onda del láser He-Ne es de 632,8 nm y su rango de variación de longitud de onda es inferior a una diezmilésima de nanómetro. Debido a la buena monocromaticidad del láser, proporciona un medio extremadamente ventajoso para experimentos científicos como la medición de instrumentos de precisión y la estimulación de ciertas reacciones químicas. -4. Una buena interferencia coherente es una propiedad de los fenómenos ondulatorios. Debido a las características de alta directividad y alta monocromaticidad del láser, debe tener una excelente coherencia. Esta propiedad del láser hace que la holografía sea una realidad. ——La llamada tecnología láser se refiere a la exploración y el desarrollo de diversos métodos de producción de láser, y a la exploración y aplicación de estas características del láser en beneficio de la humanidad. Desde que Estados Unidos desarrolló con éxito el primer láser de rubí del mundo en 1960, y China también desarrolló con éxito el primer láser de rubí nacional en 1961, la tecnología láser ha sido considerada como la sucesora del siglo XX de la física cuántica, la tecnología de radio y la energía atómica. Tecnología, tecnología de semiconductores, otro logro tecnológico importante después de la tecnología informática. La tecnología láser ha avanzado a pasos agigantados durante los últimos 30 años. No sólo se han desarrollado varios láseres con diferentes características, sino que los campos de aplicación de los láseres han seguido expandiéndose, formando una serie de industrias emergentes, como reproductores de videodiscos láser, tratamientos médicos con láser, procesamiento con láser, holografía con láser, fotocomposición e impresión con láser. impresión láser y armas láser. El rápido desarrollo de la tecnología láser la ha convertido en una de las "tecnologías líderes" en la nueva revolución tecnológica actual. ——(2) Varios láseres——En la fuente de luz, la inversión del número de partículas de nivel de energía es el requisito previo para lograr la amplificación de la luz, es decir, el requisito previo para generar luz láser. Para lograr la inversión del número de partículas, una gran cantidad de partículas que originalmente tenían niveles de energía bajos necesitan saltar a niveles de energía altos con la ayuda de luz externa. Este proceso se llama "cebado".

- Lo que normalmente llamamos láser es un dispositivo que excita partículas en una fuente de luz para producir transiciones de radiación estimuladas, logra la inversión del número de partículas y luego produce amplificación de la luz a través de radiación estimulada. Aunque existen muchos tipos de láseres, su misión es obtener luz láser mediante excitación y emisión estimulada de radiación. Por lo tanto, la composición básica generalmente consta de tres partes: medio de activación (es decir, el medio de trabajo que puede producir la inversión del número de partículas después de ser excitadas), dispositivo de excitación (es decir, la fuente de energía y la fuente de bombeo que puede hacer que el medio de activación producir inversión del número de partículas) y cavidad resonante óptica (es decir, dos espejos planos que pueden hacer oscilar repetidamente un haz de luz y amplificarlo varias veces) (Figura 8-2). Después de más de 30 años de desarrollo, varios países han desarrollado más de 200 láseres prácticos. Los hay de muchos tipos, diferentes características y diferentes usos. Hay muchas formas de clasificar los láseres: según la sustancia de trabajo, existen láseres de gas, vidrio, cristal, líquido, semiconductores, excímeros y otros, así como láseres químicos (excitados por reacciones químicas) y láseres de electrones libres según la longitud de onda; , que cubre rangos de longitud de onda que incluyen infrarrojo lejano, infrarrojo, luz visible, luz ultravioleta e incluso luz ultravioleta lejana. Recientemente se han desarrollado láseres de rayos X y dispositivos ópticos de rayos gamma. Según los diferentes métodos de excitación, existen excitación óptica (excitación con fuente de luz o luz ultravioleta), excitación por descarga de gas, excitación por reacción química, excitación por reacción nuclear, etc. Según los diferentes modos de salida, hay continuo, pulso único, pulso continuo y pulso ultracorto. A juzgar por el tamaño de la potencia de salida, la potencia de salida continua varía de microvatios a megavatios; la energía de salida del pulso puede variar desde microjulios hasta más de 654,38 millones de julios, y el ancho del pulso varía de milisegundos a picosegundos o incluso femtosegundos (654,38 +0,000). billones). -La aparición de varios láseres mencionados anteriormente tiene como objetivo principal cumplir diferentes propósitos de aplicación. Por ejemplo, el procesamiento con láser y algunos láseres militares requieren láseres de alta potencia o láseres de alta energía (los llamados láseres fuertes). Algunas personas quieren acortar el tiempo de pulso tanto como sea posible para poder investigar algunos procesos de entrega urgente. Algunos también plantean altos requisitos para mejorar la monocromaticidad de la luz, mejorar el modo de salida de la luz, mejorar la distribución de intensidad de los puntos de luz y requerir longitudes de onda ajustables, etc., lo que ha llevado a un desarrollo sin precedentes en la profundidad de la exploración y la amplitud de aplicación de láseres. La aplicación del láser ha penetrado en diversos campos y está cambiando milagrosamente nuestro mundo. (3) La floreciente aplicación del láser: el láser no es sólo uno de los inventos más importantes de la humanidad en el siglo XX, sino que la aplicación de la tecnología láser se ha utilizado ampliamente en todos los aspectos de la industria, la agricultura, el ejército, la medicina e incluso la sociedad. En el progreso de la sociedad humana juegan un papel cada vez más importante. -1. Aplicación del láser en el campo de la información: los láseres semiconductores y los amplificadores de fibra son las dos tecnologías clave para las comunicaciones por fibra óptica. La luz láser emitida por el láser semiconductor no sólo es monocromática y coherente, sino que la frecuencia de la onda luminosa es 10.000 veces mayor que la de las microondas. Por lo tanto, la comunicación por fibra óptica que utiliza láser como portador de transmisión de información y fibra óptica como línea de transmisión de información no solo tiene una buena calidad de comunicación, una fuerte capacidad antiinterferencias y una buena confidencialidad, sino que también tiene una capacidad de comunicación 10.000 veces mayor que la comunicación por microondas. Una fibra óptica más delgada que un cabello humano puede transmitir simultáneamente decenas de miles de llamadas telefónicas o miles de programas de televisión, haciendo de las comunicaciones una verdadera nueva era de redes que llega a miles de hogares. -El uso de la tecnología láser para el almacenamiento óptico supone un salto revolucionario en el almacenamiento de información. La densidad de grabación de un disco de audio CD equivale a 10 Mbit/cm2 y puede grabar 78 minutos de programas musicales, lo que supone varios órdenes de magnitud mejor que la de un CD. La memoria de sólo lectura de una computadora con un diámetro de 5 pulgadas tiene una capacidad de 650 megabits. Un LD (disco de grabación láser), o el VCD (vídeo disco láser, llamado disco de vídeo pequeño) más popular de los últimos años, y la nueva generación de DVD (vídeo disco digital) tras el VCD, cuyo vídeo contiene mil veces más señales que el CD. , puede grabar 100 minutos de programas de vídeo de alta definición. Los CD, VCD y LD no sólo ocupan una parte considerable del mercado de equipos de reproducción, sino que también pueden reproducirse en computadoras equipadas con unidades láser. Además, también se utilizan ampliamente impresoras láser, máquinas de fax láser, fotocomposición láser, televisores láser en color de pantalla grande, televisión por cable de fibra óptica, comunicaciones láser atmosféricas, etc. 2. Aplicación del láser en el campo de la holografía La luz es un fenómeno ondulatorio y sus cantidades físicas incluyen la longitud de onda (relacionada con el color), la amplitud (relacionada con la intensidad de la luz) y la fase (que representa la relación entre el punto de partida de la onda y el tiempo de referencia). Las personas sólo pueden utilizar la fotografía fotosensible para registrar longitudes de onda y amplitudes, por lo que no importa cuán realistas sean las fotografías, el paisaje real siempre será diferente. Los láseres tienen una alta coherencia y pueden obtener toda la información en el espacio de las ondas de interferencia, incluida la fase. Así, la holografía se realiza mediante láser y toda la información sobre el objeto fotografiado se registra en el negativo. Mediante la difracción de la luz se pueden reproducir vívidas imágenes tridimensionales del sujeto.