LASER — Тексты по английскому языку

Оригинал на английском

What Is a Laser?

The word laser is an acronym for light amplification by stimulated emission of radiation, although common usage today is to use the word as a noun — laser — rather than as an acronym — LASER.

A laser is a device that creates and amplifies a narrow, intense beam of coherent light.

Atoms emit radiation. We see it every day when the «excited» neon atoms in a neon sign emit light. Normally, they radiate their light in random directions at random times. The result is incoherent light — a technical term for what you would consider a jumble of photons going in all directions.

The trick in generating coherent light — of a single or just a few frequencies going in one precise direction — is to find the right atoms with the right internal storage mechanisms and create an environment in which they can all cooperate — to give up their light at the right time and all in the same direction.

Exciting atoms or molecules

In a laser, the atoms or molecules of a crystal, such as ruby or garnet — or of a gas, liquid, or other substance — are excited in what is called the laser cavity so that more of them are at higher energy levels than are at lower energy levels. Reflective surfaces at both ends of the cavity permit energy to reflect back and forth, building up in each passage. 

If a photon whose frequency corresponds to the energy difference between the excited and ground states strikes an excited atom, the atom is stimulated as it falls back to a lower energy state to emit a second photon of the same (or a proportional) frequency, in phase with and in the same direction as the bombarding photon.

This process is called stimulated emission. The bombarding photon and the emitted photon may then each strike other excited atoms, stimulating further emission of photons, all of the same frequency and phase. This process produces a sudden burst of coherent radiation as all the atoms discharge in a rapid chain reaction.

Wide range of sizes and uses

First built in 1960, lasers now range in size from semiconductor lasers as small as a grain of salt to solid-state and gas lasers as large as a storage building. The light beam produced by most lasers is pencil-thin and maintains its size and direction over very large distances.

Lasers are widely used in industry for cutting and boring metals and other materials, in medicine for surgery, and in communications, scientific research, and holography. They are an integral part of such familiar devices as bar-code scanners used in supermarkets, scanners, laser printers, and compact disk players.

Why Lasers Are Important Today

The laser has contributed to humanity as a powerful scientific tool for expanding human knowledge and in its many applications that help people directly. In the 40 years since Arthur L. Schawlow and Charles H. Townes published their technical paper on the principles of the laser in 1958, the device has been put to work in a vast range of applications and has assumed many forms.

Their paper caused an explosion of research by scientists at Bell Labs and at universities and industrial laboratories around the world that is unabated today at Bell Labs and elsewhere.

In communications, engineers recognized the potential of the laser to replace electrical transmission over copper wires, but how to transmit the pulses presented enormous problems. In 1960, Schawlow, D.F. Nelson, R.J. Collins and others transmitted pulses of light between Bell Labs facilities in Murray Hill, N.J., and Crawford Hill, N.J., a distance of 25 miles. Then called an optical maser, Townes’ preferred name for the device, the laser produced an intense and extremely narrow beam of light that was more than a million times brighter than the sun.

Lasers in search of a medium

Unfortunately, laser beams could easily be adversely affected by atmospheric conditions, such as rain, fog, low clouds, and objects in the air, such a birds. Scientists and engineers suggested a number of novel schemes to protect the light from interference, including shielding it in metal tubes and using specially designed mirrors and thermal gas lenses to navigate around bends.

It took another major innovation, the development in the early 1970s of hair-thin strands of encased glass, called fiber optic waveguides, before the laser could transmit telephone signals. Since then, optical fiber has increasingly become the medium of choice for telecommunications companies to transmit voice, data, and video.

Telecommunications, once largely electronic, today relies on photons, as tiny semiconductor lasers routinely transmit light pulses carrying billions of bits of information per second over glass fibers. Wavelength division multiplexing technology uses various wavelengths, or colors, of light to transmit trillions of bits simultaneously over a single fiber.

Перевод на русский

Что такое лазер?

Слово «лазер» является аббревиатурой для усиления света путем стимулированного испускания излучения, хотя сегодня принято использовать это слово как существительное — лазер, а не как аббревиатуру — ЛАЗЕР.
Лазер — это устройство, которое создает и усиливает узкий, интенсивный пучок когерентного света.
Атомы испускают излучение. Мы видим это каждый день, когда «возбужденные» атомы неона в неоновой вывеске излучают свет. Обычно они излучают свой свет в случайных направлениях в случайное время. В результате получается некогерентный свет — технический термин для обозначения того, что вы бы назвали скоплением фотонов, движущихся во всех направлениях.
Хитрость в генерировании когерентного света — одной или нескольких частот, идущих в одном точном направлении, — заключается в том, чтобы найти правильные атомы с правильными внутренними механизмами хранения и создать среду, в которой все они могут взаимодействовать — испускать свой свет в нужное время и все в одном направлении.
Возбуждающие атомы или молекулы
В лазере атомы или молекулы кристалла, такого как рубин или гранат, или газа, жидкости или другого вещества возбуждаются в так называемом лазерном резонаторе, так что большее их количество находится на более высоких энергетических уровнях, чем на более низких энергетических уровнях. Отражающие поверхности на обоих концах полости позволяют энергии отражаться взад и вперед, накапливаясь в каждом проходе.
Если фотон, частота которого соответствует разнице энергий между возбужденным и основным состояниями, попадает на возбужденный атом, атом стимулируется, поскольку он возвращается в состояние с более низкой энергией, чтобы испустить второй фотон той же (или пропорциональной) частоты, в фазе с бомбардирующим фотоном и в том же направлении, что и он сам. фотон.
Этот процесс называется стимулированным излучением. Бомбардирующий фотон и испускаемый фотон могут затем ударяться друг о друга возбужденными атомами, стимулируя дальнейшее излучение фотонов, все с одинаковой частотой и фазой. Этот процесс приводит к внезапному всплеску когерентного излучения, поскольку все атомы разряжаются в ходе быстрой цепной реакции.

Широкий диапазон размеров и применений

Впервые построенные в 1960 году, лазеры в настоящее время варьируются по размерам от полупроводниковых лазеров размером с крупинку соли до твердотельных и газовых лазеров размером со складское здание. Световой луч, создаваемый большинством лазеров, имеет толщину карандаша и сохраняет свой размер и направление на очень больших расстояниях.
Лазеры широко используются в промышленности для резки и растачивания металлов и других материалов, в медицине для хирургии, а также в средствах связи, научных исследованиях и голографии. Они являются неотъемлемой частью таких привычных устройств, как сканеры штрих-кодов, используемые в супермаркетах, сканеры, лазерные принтеры и проигрыватели компакт-дисков.

Почему лазеры важны сегодня

Лазер внес свой вклад в развитие человечества как мощный научный инструмент для расширения человеческих знаний и в его многочисленных применениях, которые непосредственно помогают людям. За 40 лет, прошедших с тех пор, как Артур Л. Шавлоу и Чарльз Х. Таунс опубликовали свою техническую статью о принципах работы лазера в 1958 году, устройство использовалось в широком спектре применений и приняло множество форм.
Их статья вызвала взрыв исследований ученых из Bell Labs, университетов и промышленных лабораторий по всему миру, который не ослабевает и сегодня в Bell Labs и других местах.
В области связи инженеры осознали потенциал лазера для замены передачи электроэнергии по медным проводам, но способы передачи импульсов представляли огромные проблемы. В 1960 году Шавлоу, Д.Ф. Нельсон, Р.Дж. Коллинз и другие передали импульсы света между лабораториями Bell Labs в Мюррей-Хилле, штат Нью-Джерси, и Кроуфорд-Хилле, штат Нью-Джерси, на расстояние 25 миль. Затем лазер, названный оптическим мазером (предпочтительное название устройства Таунса), испускал интенсивный и чрезвычайно узкий луч света, который был более чем в миллион раз ярче солнца.

Лазеры в поисках среды

К сожалению, на лазерные лучи могут легко отрицательно повлиять атмосферные условия, такие как дождь, туман, низкие облака и объекты в воздухе, такие как птицы. Ученые и инженеры предложили ряд новых схем защиты света от помех, включая экранирование его металлическими трубками и использование специально разработанных зеркал и тепловых газовых линз для обхода изгибов.
Потребовалось еще одно крупное новшество — разработка в начале 1970-х годов тонких, как волос, нитей из стекла в оболочке, называемых волоконно-оптическими волноводами, прежде чем лазер смог передавать телефонные сигналы. С тех пор оптическое волокно все чаще становится предпочтительным средством связи для телекоммуникационных компаний для передачи голоса, данных и видео.
Телекоммуникации, когда-то в основном электронные, сегодня основаны на фотонах, поскольку крошечные полупроводниковые лазеры регулярно передают световые импульсы, несущие миллиарды бит информации в секунду, по стеклянным волокнам. Технология мультиплексирования с разделением длин волн использует различные длины волн или цвета света для одновременной передачи триллионов битов по одному волокну.