Hvordan fungerer en laser?

Laseren (lysforsterkning ved stimulert utslipp av stråling) er en triumf av moderne optikk. Ved å utnytte en kvantemekanisk effekt kalt stimulert utslipp, genererer lasere en sammenhengende, nesten monokromatisk bjelke av fotoner. Ikke-laser lyskilder genererer vanligvis usammenhengende, ufokuserte lysstråler ved en rekke bølgelengder, som forbyr visse applikasjoner.

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

Et resonant optisk hulrom er en spesifikasjonAlly størrelse kammer med et speil i den ene enden og et semi-silveret speil på den andre. De to reflekterende overflatene forårsaker lys fanget inni for å reflektere frem og tilbake gjennom gevinstmediet, og får større energi med hver passering. Når denne effekten nivåer av, sies gevinsten å være mettet og lyset blir ekte laserlys. Ulike gevinstmedier 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. I hvilken grad bjelken avviker over tid varierer omvendt med proporsjoner med diameteren. 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 atomfusjon were diskutert som potensielle interesseområder. I dag er laseren blant de mest allsidige teknologiske underverkene, med applikasjoner innen datalagring og gjenfinning, laserskjæring, synskorrigering, kartlegging, målinger, 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, og gi energi for hele menneskeslekten. De kan også brukes til å skyve solseil inn i dypet av det ytre rom.