Hvordan fungerer en laser?

LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) er en triumf for moderne optikk. Ved å utnytte en kvantemekanisk effekt som kalles stimulert emisjon, genererer lasere en sammenhengende, nesten monokromatisk stråle av fotoner. Ikke-lyskilder genererer vanligvis usammenhengende, ufokuserte lysstråler ved en rekke bølgelengder, noe som forbyr visse bruksområder.

For å lage en laser er to komponenter nødvendige - et forsterkningsmedium og et resonant optisk hulrom. For et forsterkningsmedium kan visse krystaller, glass, gasser, halvledere og til og med farget væske brukes. Forsterkningsmediet stimuleres av en energipumpekilde som en elektrisk strøm eller en annen laser. Mediet absorberer energien, og spennende tilstandene til partiklene i mediet. Etter at en viss terskel, kalt populasjonsinversjon, er oppnådd, skaper lys gjennom mediet mer stimulert utslipp, eller frigjøring av energi, enn absorpsjon.

Et resonant optisk hulrom er et spesialstørrelse kammer med et speil i den ene enden og et halvsølvt speil i den andre. De to reflekterende flatene får lys som er fanget inne til å reflektere frem og tilbake gjennom forsterkningsmediet, og får større energi med hver passering. Når denne effekten avtar, sies forsterkningen å være mettet og lyset blir ekte laserlys. Ulike forsterkningsmedier gir lasere med forskjellige bølgelengder.

To varianter av laser er kontinuerlig og puls. Den kontinuerlige laseren er mer nyttig for de fleste bruksområder, men energien i en pulslaser kan være veldig stor. Graden som bjelken avviker over tid varierer omvendt med forhold til dens diameter. Små bjelker avviker raskt, mens større forblir sammenhengende.

Da laseren ble patentert av Bell Labs i 1960, kunne den ikke umiddelbart gis noen applikasjoner, selv om spektrometri, interferometri, radar og kjernefusjon ble omtalt som potensielle interesseområder. I dag er laseren blant de mest allsidige av teknologiske underverker, med applikasjoner innen datalagring og gjenfinning, laserskjæring, synskorrigering, kartlegging, måling, holografi og skjermer, og til og med kjernefusjon. Maksimal oppnåelig laserpulsintensitet har økt eksponentielt siden midten av 1980-tallet. En dag kan lasere brukes til å generere netto energiproduserende fusjonsreaksjoner, noe som gir energi for hele menneskeheten. De kan også brukes til å skyve solseil i dypet av det ytre rom.