Princíp lasera

LASER 

je zariadenie, ktoré pracuje na princípe stimulovanej emisie a ktoré uvoľňuje nahromadenú energiu ako energiu svetelného lúča monofrekvenčného žiarenia. (zosilňovanie

svetla stimulovanou emisiou žiarenia) To znamená, že produkuje koherentné svetelné lúče. Tieto lúče sú veľmi intenzívne, majú presný smer a sú veľmi čisté vo farbe (frekvencii).

Pred vznikom lasera sa tenký nerozbiehavý zväzok svetelných lúčov zosiloval pomocou zrkadiel šošoviek. Funkciu lasera (základné princípy) sformuloval EINSTEIN – 1917 – teoreticky.

 Pri vzájomnom pôsobení žiarenia a látky môžu nastať tri prípady:

1.) Absorbcia – látka pohlcuje fotóny žiarenia a elektróny prechádzajú na vyššie energetické hladiny.

2.) Spontánna emisia – elektróny samovoľne prechádzajú z vyššej energetickej hladiny na nižšiu a atómy vyžarujú fotóny.

3.) Stimulovaná emisia – nastáva vo vzbudených atómoch vonkajším pôsobením. Túto emisiu môže vyvolať len fotón rovnakej frekvencie, akú má fotón, ktorý emisiou vzniká.

Excitované energetické hladiny, v ktorých môže atóm zotrvať dlhšiu dobu (až 10-8 s) nazývame metastabilné. Ak sa nahromadia atómy v takejto hladine, dôjde postupne k náhodnej spontánnej emisii, hovoríme o tzv. luminiscencii (svätojánske mušky, TV obrazovky, žiarivky).

Základnou podmienkou pre činnosť laseru je stimulovaná alebo vynútená emisia svetla. Atómy a molekuly po absorpcii kvanta energie prechádzajú zo základného stavu s najnižšou možnou energiou do excitovaného (vzbudeného) stavu, energia ktorého je vyššia absorbované kvantum. Na rozdiel od základného stavu excitovaný stav nie je stabilný. Atóm alebo molekula môže však prejsť aj bez vyžiarenia energie vo forme svetla – napr. odovzdaním svetla okoliu. Takéto prechody sa nazývajú nežiarivé. Atómy a molekuly majú nie jeden, ale

veľa excitovaných stavov, opísané prechody môžu preto vznikať i medzi týmito stavmi.

Typy laserov:

Lasery pevného skupenstva – napr. rubínový; sú najsilnejšie, všetky farby.

Plynové lasery – napr. argónový má zelené a modré farby. Využíva sa na zábavných show, ale aj v očnej chirurgii a zatvrdzovaní zubných plomb. Tiež sa jeho pomocou dajú vytvárať holografické obrazy.

Polovodičové lasery – sú najkompaktnejšie, v 90. rokoch vedci vyvinuli modré a fialové svetlo týchto laserov. Pretože vyžarujú krátkovlnné svetlo dovoľujú zapísať viac informácii na CD a laserové tlačiarne tlačia presnejšie.

Kvapalné lasery - Laserujúcim prostredím je kvapalina: roztok zlúčeniny organického farbiva v etylalkohole, metylalkohole alebo vode. Takýmto farbivom môže byť napr. kumarin alebo rodamin. Budenie laserovej kvapaliny sa deje ožiarením buď viditeľným alebo ultrafialovým svetlom. Po ožiarení vydáva kvapalina fluorescenčné svetlo s mnohými vlnovými dĺžkami, na ktoré možno laser prelaďovať zmenou dĺžky rezonátora. Výkon farebného lasera môže dosiahnuť aj 100W.

V roku 1960 zostrojil Teodor Maiman prvý rubínový laser.

Laser je tvorený aktívnym prostredím, budiacimi zdrojmi a rezonančným systémom.

V takomto type laserov je pracovným médiom kryštál rubínu (Al2O3) s prímesami iónov chrómu. Pri dopade fotónov s energiou 2,2 eV preskakujú ióny chrómu na vyššiu energetickú hladinu, na ktorej nezostanú dlho, ale po odovzdaní častí energie mriežke kryštálu

preskočia na nižšiu metastabilnú hladinu, na ktorej zostanú dlhšie.

Stimulovanou emisiou (spustenou jediným fotónom) preskočia všetky ióny chrómu súčasne z metastabilnej hladiny na základnú a dôjde k vyžiareniu veľkého množstva fotónov  - svetelného lúča.

Kryštál rubínu je umiestnený medzi dvoma zrkadlami (z ktorých jedno je polopriepustné). Svetelný lúč sa na nich odráža, vyvoláva ďalšie prechody z metastabilných hladín, priberá ďalšie fotóny, tým sa zosilňuje a nakoniec prechádza polopriepustným zrkadlom von.

He-Ne-laser - zmes plynov v pomere 10:1 (trojhladinový). Keď tu vznikne elektrický výboj – dochádza ku zrážkam atómov He – prechádza do E3. Pri vzájomnom pôsobení (pri interakcii)

vzbudených atómov He s atómami Ne -, Ne prechádza do vzbudeného stavu –získa energiu E3He. Vzniká inverzné obsadenie hladín energie Ne a už náhodný prechod fotónu

priestorom laseru vyvolá stimulovanú emisiu. Elektróny prechádzajú na nižšiu E2. Najviac sa uplatňuje prechod elektrónu u Ne z 3sdo 2p. To všetko je spojené s vyžarovaním červeného

svetla.

Využitie lasera

V medicíne: oftalmológii, dermatológii, plastickej chirurgii, neurochirurgii, otorinolaryngológii, urológii, gynekológii, stomatológii, v priemysle – na zváranie veľkých kusov ťažkých kovov. Produkujú totiž teplotu až 5000°C. dokážu presne zvárať aj taviť, robiť zárezy do diamantov.

Napaľovanie CD

Na zapisovanie CD musí počítač najprv premeniť meniace sa elektrické signály na digitálne dáta skladajúce sa z 0s a 1s. Na ich vytvorenie laserová napaľovačka vypaľuje do povrchu čistého CD malé dierky. Dierky a hladký povrch zodpovedajú 0s a 1s digitálneho signálu. Keď CD – prehrávač tieto stopy vlastne dekóduje a znovu vytvára originálny stereo záznam. Počítač tiež spája dva stereo signály do jediného číselného kódu.