1 光学通讯Optical Communication.DOC

電射的應用 我們將會討論雷射在以下幾方面的應用: ( 光學通訊Optical communication ( 工業Industry ( 醫學Medicine ( 原則性及應用性的研究Fundamental and Applied Research ( 全像術Holography ( 環境Environment ( 天文學Astronomy 1. 光學通訊Optical Communication 光纖 – 運用玻璃纖維的全內反射，我們可以把光學信號傳送到很遠的地方。 優點: (1) 低損失: I = I0exp(-(x), ( 稱為衰減係數， x 是光束已行走的長度， I0 是於x = 0時光的強度. 信號需要每50公里放大，但電子信號就需要每幾公里就放大一次。 (2) 達至更高傳送速度的潛力:現在，超短脈衝式雷射槍可以產生短至10-14秒的脈衝(或者是10飛秒)，將來傳送速度有可能達到約5x1013 位元每秒(大英百科全書含約109位元的資料) 技術上挑戰: 需要高質素的玻璃或纖維 (雜質的濃度一定要極之低，並要高均等性，這樣物料所吸收的能量和散射出外的能量才能降至最低。) 雷射來源:半導體雷射(雷射光要非常密集)，長壽並易於調整* 選擇波長: Choice of wavelength: 1.3及1.5微米，因為選擇這兩個波長時可以將損失減至最低(見圖2)。 分貝說明:Explain dB: 分貝是用作量度減弱程度。設I及I0分別是在x時及x=0時的光強度(訊號被傳送了長度x的距離) ，這樣I就相等於I0減去分貝了。 ( 這種通訊可以傳送很多資料，例如 :連接香港至日本的光纖只有7條，但卻可以同時間處理過千條電話線路。 ( 訊號被傳送多於50公里時才會減弱(即是很低損失)。[問題: 電話線的電子訊號是怎樣?] 注意: 某一些光纖的折射率並不平均(見圖3)，但這類光纖亦可引導光線(見練習)。 2. 工業 ( 快速地切割金屬，乾淨俐落。Cut metals in a clean way and fast. ( 雷射焊接Laser welding. 利用高功率的二氧化碳雷射或雅克雷射 (順時針操作模式，5000至10000瓦特) 很大功率!!! ( 在物料上鑽出很細小的孔，這個應用變得越來越重要。 2.2.1 焊接 ( 優點: (1) 不容易焊接的地方都可以用這方法焊接hard-to-get-to places can be welded, and (2) 相對其他焊接方法，雷射焊接是高度集中的焊接 (雷射光束可以聚焦至直徑少於100微米) ( 必要條件: 高功率雷射如二氧化碳雷射(波長10.6微米)或雅克雷射(Nd:YAG,波長1.064或0.532微米)YAG是釔鋁石榴石的英文縮寫。 (大型順時針二氧化碳雷射的輸出功率可達5000瓦特!) 二氧化碳雷射和雅克雷射兩者都能以順時針或脈衝式操作。一般脈衝式二氧化碳雷射所發出的雷射，其脈衝寬度為1奈米，但脈衝式雅克雷射所發出的雷射，其脈衝寬度約10奈米或0.1奈米，寬度視乎脈衝是用什麼方法產生。 注意: 二氧化碳雷射能有效地導致固體發熱。 2.2.2 雷射蝕刻 現時，在物料上蝕刻細小的圖樣已經很普遍。舉例說，合成電路工業就需要這種蝕刻技術了(圖樣的尺寸大約是0.15微米) 雷射的選擇: 準分子雷射的短波長紫外光 基本原理: 一個很短(約10-9 秒)的紫外光光子已經有足夠的能量，可快速地解開化學鍵，然後產生一個小型的爆炸，以致可排出物料。 3. 建築Construction Works ( 水平面 ( 挖掘地道(讓光可以直線地行走) 4. 醫學上的應用 醫學上的應用很多，包括治療癌症及除班等。以下只會提供兩個例子，若讀者欲知道更多應用範圍，可在網上搜尋。 4.1 角膜矯形 注意: 角膜矯形可視為其中一種在人體組織上的蝕刻。 值得注意的事實: 氬氟氣雷射可以將單一個活細胞切割，而且另一半的細胞不會被破壞。ArF laser beam can cut a single living cell leaving an otherwise undamaged half behind. 於角膜上的滲透力: 4 微米(193奈米射線)、48微米(248奈米射線)。 用194奈米氬氟氣雷射作刻除角膜組織是運用了鍵的分解過程的原理。去除組織的速度普遍地只能到達每脈衝約0.5微米的水平。只要數算脈衝的數量，我們就能準確地控制准分子雷射所切割的深度。 4.2 利用准分子雷射的血管清理術 利用准分子雷射就可以熔化這些變硬的血小板，從而清除這些阻礙物。(見圖5) 5. 原則性及應用性的研究 5.1雷射光譜學