Laser - charakterystyka i zastosowanie

Laser jest to urządzenie emitujące promieniowanie elektromagnetyczne, bazujące na zjawisku emisji wymuszonej. Nazwa tego urządzenia jest akronimem od angielskiego wyrażenia "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", co oznacza wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania.

Promieniowanie lasera to wiązka o niewielkiej rozbieżności. Tworzy on promień spójnego światła o ściśle określonej barwie (jest to długość fali). Łatwo jest w nim otrzymać promieniowanie o niewielkiej szerokości linii emisyjnej, co jest równoważne bardzo dużej mocy w określonym, wąskim obszarze widma.

W laserach impulsowych możliwe jest uzyskanie bardzo dużej mocy w impulsie oraz bardzo krótki czas impulsu.

Budowa lasera przedstawia się następująco:

• ośrodek czynny - pozwala na wzbudzenie silnej fali elektromagnetycznej;
• układ pompujący - jego istotą jest przeniesienie jak największej liczby elektronów w substancji czynnej do stanu wzbudzonego;
• zwierciadło rezonatora - pełni rolę sprzężenia zwrotnego dla niektórych częstotliwości, dzięki czemu laser wytwarza światło o tylko jednej częstotliwości; układ składa się z dwóch zwierciadeł;
• drugie zwierciadło;
• wiązka laserowa.

Podstawowa różnica między działaniem lasera i żarówki polega na tym, że w laserze wszystkie atomy emitują światło w sposób skorelowany. W żarówce przeciwnie - każdy z nich emituje światło w sposób niezależny od innych atomów. Ponadto:

• laser wytwarza pojedynczy promień światła, żarówka zaś wytwarza rozbieżną wiązkę światła;
• światło danego lasera jest jednej barwy - ma ściśle określoną częstotliwość oraz długość fali, żarówka zaś jest źródłem światła białego, które jest mieszaniną fal o różnych długościach.

Możemy wyróżnić kilka rodzajów laserów, które można pogrupować według wielu kategorii. Poniżej przedstawiamy kilka wariantów podziału.

Podział laserów ze względu na moc

• lasery o bardzo słabej mocy;
• lasery o małej mocy;
• lasery o średniej mocy;
• lasery o dużej mocy.

Podział laserów według sposobu pracy

• lasery impulsowe, dające impulsy światła;
• lasery pracy ciągłej, emitujące promieniowanie o natężeniu stałym.

Podział laserów w zależności od widma promieniowania, w którym pracuje

• lasery w nadfiolecie;
• lasery w podczerwieni;
• lasery w części widzialnej.

Podział laserów w zależności od ośrodka czynnego

Ośrodek czynny stanowi o najważniejszych parametrach lasera: określa moc emitowanej fali, jej długość, możliwe zastosowanie, sposób pompowania. Według tego kryterium wyróżniamy:

1. Lasery gazowe:

• laser na tlenku węgla;
• laser na dwutlenku węgla;
• laser azotowy;
• laser kryptonowy;
• laser helowo - neonowy;
• laser argonowy;
• laser tlenowo - jodowy

1. Lasery na cieczy:

• lasery chelatowe;
• lasery neodymowe;
• lasery półprzewodnikowe;
• lasery barwnikowe.

1. Lasery na ciele stałym:

• lasery rubinowe;
• lasery neodymowe;
• lasery erbowe;
• lasery tulowe;
• lasery tytanowe na szafirze;
• lasery na centrach barwnych;
• lasery holmowe.

1. Diody laserowe (lasery złączowe):

• lasery na kropkach kwantowych;
• lasery na materiale objętościowym;
• lasery na studniach kwantowych.

1. Lasery bezzłączowe:

• lasery na swobodnych elektronach;
• lasery na swobodnych elektronach w zakresie rentgenowskim;
• kwantowe lasery kaskadowe.

Różne rodzaje laserów mają szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach życia. Oto kilka z nich:

• w telekomunikacji - kable światłowodowe, przewodzące sygnały w formie impulsów świetlnych o zróżnicowanej intensywności; mogą przenosić znacznie więcej informacji niż tradycyjne miedziane kable; pojedyncze włókno światłowodu jednocześnie może przesyłać tysiące wiadomości, plików danych, itp.;
• w przemyśle - lasery często są częścią składową takich urządzeń jak spawarki laserowe, znakowarki i grawerki do metali, szkła, drewna, tworzyw, jak również wycinarki laserowe;
• w elektronice - wykorzystywany jest w drukarkach laserowych, odtwarzaczach i nagrywarkach CD/DVD/Blu-Ray, myszkach komputerowych, czytnikach kodów kreskowych, poziomicach;
• w medycynie - znajdują zastosowanie w okulistyce, dermatologii, laryngologii, stomatologii; takie cięcia nie powodują obfitych krwawień, dzięki czemu od długiego czasu wykonywanych jest niewiele inwazyjnych operacji m.in. wzroku - laser jest doskonałym narzędziem dla chirurgii okulistycznej.

Laser, mimo wszystkich korzyści z niego płynących, bywa także niebezpieczny. Jeśli ktoś skieruje wiązkę w stronę naszego oka, może uszkodzić nasz wzrok.

Dodatkowo nie każda długość fali świetlnej jest dla nas widoczna - gałkę oczną można uszkodzić nawet wtedy, gdy patrzymy w przeciętą końcówkę światłowodu podłączonego do nadajnika, podczas gdy jesteśmy przekonani, że żadne światło się z niego nie wydobywa.

Nie powinno się również bawić się laserem kupionym w kiosku. Skierowanie wiązki światła w stronę kierowcy prowadzącego pojazd lub lądującego samolotu może spowodować daleko idące skutki prawne.