Laser
Laser on masin, mis toodab võimendatud, ühevärvilist valgusallikat. See kasutab spetsiaalseid gaase või kristalle, et tekitada ainult ühevärvilist valgust. Gaasid ergastatakse, et nad kiirgaksid valgust. Seejärel kasutatakse valguse võimendamiseks (tugevamaks muutmiseks) peegleid. Paljudes laserites liigub kogu valgus ühes suunas, nii et see jääb kitsaks kollimeeritud valgusvihuks, mis ei muutu laiemaks ega nõrgemaks nagu enamik valgusallikaid.
Kui see kitsas valguskiir suunatakse millegi peale, moodustab see ühe valguspunkti. Valguse energia jääb sellesse ühte kitsasse valguskiirde, mitte ei levi laiali nagu taskulamp (elektriline taskulamp).
Sõna "laser" on akronüüm, mis tähendab "valguse võimendamine stimuleeritud kiirguse emissiooni teel". Nii seade kui ka selle nimi on välja töötatud varasemast maserist.
Punased (660, 635 nm), rohelised (532, 520 nm) ja sinised (445, 405 nm) laserid.
Mehhanism
Laser tekitab valgust spetsiaalsete toimingute abil, mis hõlmavad materjali, mida nimetatakse "optiliseks võimenduskeskkonnaks". Sellesse materjali sisestatakse energiat "energiapumbaga". See võib olla elekter, teine valgusallikas või mõni muu energiaallikas. Energia paneb materjali nii-öelda ergastatud olekusse. See tähendab, et elektronidel on materjalis lisaenergiat ja mõne aja pärast kaotavad nad selle energia. Energia kaotamisel eraldavad nad fotooni (valgusosakese). Kasutatava optilise võimenduskeskkonna tüüp muudab seda, millist värvi (lainepikkust) see tekitab. Fotoonide vabastamine on laseri "stimuleeritud kiirguse emissiooni" osa.
Paljud asjad võivad kiirata valgust, nagu näiteks lambipirn, kuid valgus ei ole ühes suunas ja ühes faasis. Kasutades elektrivälja, et kontrollida valguse tekkimist, on see valgus nüüd ühte liiki, ühes suunas liikuv. See on "koherentne kiirgus".
Sel hetkel on valgus veel nõrk. Peeglid mõlemal pool peegeldavad valgust edasi-tagasi ja see tabab optilise võimenduskeskkonna teisi osi, mis paneb need osad samuti fotone vabastama, tekitades rohkem valgust ("valguse võimendamine"). Kui kogu optiline võimenduskeskkond toodab valgust, nimetatakse seda küllastumiseks ja see tekitab väga tugeva valgusvihu väga kitsal lainepikkusel, mida me nimetame laserkiireks.
Laserlõikus
Disain
Valgus liigub läbi kahe peegli vahel, mis peegeldavad valgust edasi-tagasi. Üks peeglitest peegeldab valgust siiski ainult osaliselt, lastes osa valgusest välja pääseda. Põgenev valgus moodustab laserkiire.
See on lihtne konstruktsioon; kasutatava optilise võimenduskeskkonna tüüp määrab tavaliselt laseri tüübi. See võib olla kristall, näiteks on rubiin ja haruldaste muldmetallide seguga ütriumist ja alumiiniumist valmistatud granaatkristall. Gaase võib kasutada laseri jaoks, kasutades heeliumi, lämmastikku, süsinikdioksiidi, neooni või teisi. Suured ja võimsad laserid on tavaliselt gaasilaserid. Vabaelektronlaser kasutab elektronide kiirt ja seda saab häälestada nii, et see kiirgab erinevaid värve. Lõpuks kasutavad kõige väiksemad laserid valguse tekitamiseks pooljuhtdioode. Need on kõige arvukamad, mida kasutatakse elektroonikas.
Ajalugu
Albert Einstein oli esimene, kellel oli idee stimuleeritud emissioonist, mis võiks tekitada laseri. Sellest hetkest alates kulus palju aastaid, et näha, kas see idee töötab. Alguses õnnestus inimestel valmistada masereid ja hiljem mõeldi välja, kuidas teha lühemaid nähtava lainepikkusega lasereid. Alles 1959. aastal lõi Gordon Gould ühes uurimistöös nime laser. Esimese toimiva laseri pani kokku ja kasutas 1960. aastal Theodore Maiman Hughes Research Laboratories'is. Paljud inimesed hakkasid sel ajal laserite kallal töötama ja küsimus, kes saab laseri patendi, otsustati alles 1987. aastal (Gould võitis õigused).
Rakendused
Laserid on leidnud palju kasutusvõimalusi nii igapäevaelus kui ka tööstuses. Lasereid leidub CD- ja DVD-mängijates, kus nad loevad koodi plaadilt, mis salvestab laulu või filmi. Laserit kasutatakse sageli poes müüdavatel asjadel olevate vöötkoodide või SQR-koodide lugemiseks, et tuvastada toode ja anda selle hind. Lasereid kasutatakse meditsiinis, eelkõige LASIK-silmakirurgias, kus laseriga parandatakse sarvkesta kuju. Keemias kasutatakse seda spektroskoopiaga materjalide identifitseerimiseks, et teada saada, millistest gaasidest, tahkete ainete või vedelike koostisest midagi koosneb. Tugevamaid lasereid saab kasutada metalli lõikamiseks.
Lasereid kasutatakse Kuu kauguse mõõtmiseks Maast, peegeldades Apollo missioonidest jäänud reflektoreid. Mõõtes aega, mis kulub valgusel Kuule ja tagasi, saame teada, kui kaugel Kuu täpselt on.
Laserpointereid kasutavad inimesed selleks, et näidata kaardil või diagrammil mõnda kohta. Näiteks kasutavad neid õppejõud. Samuti meeldib paljudele inimestele laserpointeritega mängida. Mõned inimesed on nendega osutanud lennukitele. See on ohtlik ja paljudes riikides on see ka ebaseaduslik. Inimesi on selle kuriteo eest arreteeritud ja kohtu alla antud.
Arvutid kasutavad tavaliselt optilist arvutihiirt sisestusseadmena. Kaasaegsed laserosutajad on selleks otstarbeks liiga suured ja võimsad, mistõttu enamik hiirtest kasutab selleks otstarbeks väikeseid VCSEL- ehk "vertikaalse õõnsusega pinnasekiirguse lasereid" (Vertical cavity surface-emitting laser). Neid lasereid kasutatakse ka DVD- ja CD-ROM-ajamites ning holograafias.
Küsimused ja vastused
K: Mis on laser?
V: Laser on masin, mis tekitab kontsentreeritud, ühevärvilise valgusvihu, kasutades selleks spetsiaalseid gaase või kristalle, mis on valguse kiirgamiseks ergastatud.
K: Kuidas teeb laser oma valgust?
V: Laseri gaasid või kristallid ergastatakse, et kiirata valgust, mida seejärel võimendatakse või muudetakse tugevamaks peeglite abil.
K: Kas laser toodab mitut värvi valgust?
V: Ei, laser toodab ainult ühevärvilist valgust.
K: Mis on kollimeeritud valgus?
V: Kitsas, kontsentreeritud valgusvihk, mis ei muutu liikumisel laiemaks ega nõrgemaks, erinevalt enamikust teistest valgusallikatest.
K: Mida tähendab sõna laser?
V: Laser on akronüüm, mis tähendab "valguse võimendamine stimuleeritud kiirguse emissiooni teel".
K: Mis vahe on laserkiirel ja taskulambi kiirel?
V: Laserkiir jääb kontsentreeritud kitsaks valgusvihuks, samas kui taskulambi kiir levib laiali ja muutub nõrgemaks.
K: Kuidas on laser ja maser omavahel seotud?
V: Laser on välja töötatud varasemast maseriks nimetatud seadmest ja mõlemad seadmed kasutavad võimendatud valguse tootmiseks sarnaseid põhimõtteid.
