Jak funguje laser?

LASER (zesílení světla stimulovanou emisí záření) je triumfem moderní optiky. Využitím kvantového mechanického efektu zvaného stimulovaná emise generují lasery koherentní, téměř monochromatický paprsek fotonů. Ne laserové zdroje světla obvykle vytvářejí nesoudržné, nezaostřené paprsky světla na různých vlnových délkách, což zakazuje určité aplikace.

K vytvoření laseru jsou nutné dvě složky - ziskové médium a rezonanční optická dutina. Pro ziskové médium mohou být použity určité krystaly, sklenice, plyny, polovodiče a dokonce i obarvené kapaliny. Ziskové médium je stimulováno zdrojem energetického čerpadla, jako je elektrický proud nebo jiný laser. Médium absorbuje energii a vzrušuje stav částic v médiu. Po dosažení určitého prahu, nazývaného inverze populace, zářící světlo skrz médium způsobuje více stimulované emise nebo uvolňování energie, než absorpce.

Rezonanční optická dutina je speciálně velká komora se zrcadlem na jednom konci a polostříbrným zrcadlem na druhém konci. Dva odrazné povrchy způsobují, že světlo zachycené uvnitř se odráží tam a zpět skrze zesilovací médium a získává větší energii při každém průchodu. Když tento efekt ustoupí, zisk je nasycen a světlo se stává skutečným laserovým světlem. Různá zesilovací média vedou k laserům různých vlnových délek.

Dvě varianty laseru jsou nepřetržité a pulzní. Kontinuální laser je užitečnější pro většinu aplikací, ale energie v pulzním laseru může být velmi velká. Stupeň, ve kterém se paprsek v průběhu času odchyluje, se mění nepřímo v závislosti na jeho průměru. Malé paprsky se rychle liší, zatímco větší paprsky zůstávají koherentní.

Když byl laser patentován společností Bell Labs v roce 1960, nemohlo být okamžitě aplikováno žádné použití, ačkoli jako potenciální oblasti zájmu byly diskutovány spektrometrie, interferometrie, radar a jaderná fúze. Dnes je laser jedním z nejvšestrannějších technologických zázraků s aplikacemi pro ukládání a získávání dat, řezání laserem, korekci vidění, průzkum, měření, holografii a displeje a dokonce i jadernou fúzi. Maximální dosažitelná intenzita laserového pulzu se od poloviny 80. let exponenciálně zvýšila. Jednoho dne mohou být lasery použity k vytváření fúzních reakcí produkujících energii, které poskytují energii pro celou lidskou rasu. Mohou být také použity k zatlačení slunečních plachet do hlubin vesmíru.