Laser — definicja, zasada działania i zastosowania wiązek światła

Laser wytwarza światło poprzez specjalne działania z udziałem materiału zwanego "optycznym nośnikiem energii". Energia jest wprowadzana do tego materiału za pomocą "pompy energii". Może to być elektryczność, inne źródło światła lub inne źródło energii. Energia sprawia, że materiał przechodzi w tak zwany stan wzbudzony. Oznacza to, że elektrony w materiale mają dodatkową energię i po pewnym czasie ją tracą. Kiedy stracą energię, uwolnią foton (cząstkę światła). Rodzaj użytego optycznego nośnika wzmocnienia zmieni kolor (długość fali), który zostanie wytworzony. Uwalnianie fotonów jest częścią "stymulowanej emisji promieniowania" w laserze.

Wiele rzeczy może emitować światło, jak żarówka, ale światło nie będzie zorganizowane w jednym kierunku i fazie. Poprzez użycie pola elektrycznego do kontrolowania sposobu powstawania światła, światło to będzie teraz jednego rodzaju, zmierzające w jednym kierunku. To jest właśnie "promieniowanie koherentne".

W tym momencie światło jest jeszcze słabe. Lustra po obu stronach odbijają światło tam i z powrotem, a ono uderza w inne części optycznego ośrodka wzmocnienia, powodując, że te części również uwalniają fotony, generując więcej światła ("wzmocnienie światła"). Kiedy cały optyczny środek wzmocnienia wytwarza światło, nazywa się to nasyceniem i tworzy bardzo silną wiązkę światła o bardzo wąskiej długości fali, którą nazywamy wiązką laserową.

Światło porusza się przez medium pomiędzy dwoma lustrami, które odbijają światło tam i z powrotem pomiędzy nimi. Jednak jedno z luster tylko częściowo odbija światło, pozwalając części światła uciec. Wydostające się światło tworzy wiązkę laserową.

Jest to prosta konstrukcja; rodzaj zastosowanego optycznego środka wzmocnienia zwykle określa typ lasera. To może być kryształ, przykłady są rubin i granat kryształu wykonane z itru i aluminium z metali ziem rzadkich miesza się w. Gazy mogą być używane do lasera przy użyciu helu, azotu, dwutlenku węgla, neonu lub innych. Duże, potężne lasery są zazwyczaj laserami gazowymi. Laser na swobodnych elektronach wykorzystuje wiązkę elektronów i może być dostrojony do emitowania różnych kolorów. Wreszcie, najmniejsze lasery wykorzystują diody półprzewodnikowe do wytwarzania światła. Są one najliczniejszym rodzajem laserów, wykorzystywanym w elektronice.

Albert Einstein jako pierwszy wpadł na pomysł emisji stymulowanej, dzięki której można było wyprodukować laser. Od tego momentu wiele lat spędzono na sprawdzaniu, czy pomysł ten działa. Na początku ludziom udało się stworzyć masery, a później wymyślono, jak uzyskać krótsze fale widzialne. Dopiero w 1959 r. Gordon Gould w swojej pracy naukowej użył nazwy "laser". Pierwszy działający laser został zmontowany i uruchomiony przez Theodore'a Maimana w Hughes Research Laboratories w 1960 roku. W tym czasie wiele osób zaczęło pracować nad laserami, a kwestia tego, kto otrzyma patent na laser, została rozstrzygnięta dopiero w 1987 roku (prawa do niego zdobył Gould).

Lasery znalazły wiele zastosowań zarówno w życiu codziennym, jak i w przemyśle. Lasery znajdują się w odtwarzaczach CD i DVD, gdzie odczytują kod z dysku, na którym zapisana jest piosenka lub film. Laser jest często używany do odczytywania kodów kreskowych lub kodów SQR na rzeczach sprzedawanych w sklepie, w celu identyfikacji produktu i podania jego ceny. Lasery są używane w medycynie, szczególnie w chirurgii oka LASIK, gdzie laser jest używany do naprawy kształtu rogówki. Jest on używany w chemii ze spektroskopią do identyfikacji materiałów, aby dowiedzieć się, z jakiego rodzaju gazów, ciał stałych lub cieczy coś jest zrobione. Silniejsze lasery mogą być używane do cięcia metalu.

Lasery są używane do mierzenia odległości Księżyca od Ziemi poprzez odbijanie światła od reflektorów pozostawionych przez misje Apollo. Mierząc czas potrzebny na przebycie przez światło drogi na Księżyc i z powrotem, możemy dowiedzieć się, jak daleko znajduje się Księżyc.

Wskaźniki laserowe są używane przez ludzi do wskazywania miejsca na mapie lub wykresie. Na przykład używają ich wykładowcy. Wiele osób lubi też bawić się wskaźnikami laserowymi. Niektórzy celowali nimi w samoloty. Jest to niebezpieczne, a także nielegalne w wielu krajach. Ludzie byli aresztowani i ścigani za to przestępstwo.

Komputery powszechnie używają optycznej myszy komputerowej jako urządzenia wejściowego. Nowoczesne wskaźniki laserowe są zbyt duże i potężne do tego celu, więc większość myszy wykorzystuje do tego celu małe lasery VCSEL, czyli "lasery z pionową wnęką emitujące powierzchnię". Lasery te są również używane w napędach DVD, CD-ROM i holografii.