Mi az a lézer? Definíció, működés és gyakorlati alkalmazások

A lézer fényt hoz létre egy "optikai erősítő közegnek" nevezett anyagot érintő különleges műveletekkel. Az energiát egy "energiapumpával" juttatják ebbe az anyagba. Ez lehet elektromosság, egy másik fényforrás vagy más energiaforrás. Az energia hatására az anyag úgynevezett gerjesztett állapotba kerül. Ez azt jelenti, hogy az anyagban lévő elektronok extra energiával rendelkeznek, és egy kis idő elteltével elveszítik ezt az energiát. Amikor elveszítik az energiát, fotont (fényrészecskét) bocsátanak ki. Az alkalmazott optikai erősítő közeg típusa változtatja meg, hogy milyen szín (hullámhossz) fog keletkezni. A fotonok kibocsátása a lézer "stimulált sugárzási emisszió" része.

Sok dolog sugározhat fényt, mint például egy villanykörte, de a fény nem egy irányba és fázisba rendeződik. Ha elektromos mezőt használunk a fény létrehozásának irányítására, akkor ez a fény most egyfajta lesz, és egy irányba fog haladni. Ez a "koherens sugárzás".

Ekkor még gyenge a fény. A kétoldali tükrök oda-vissza verik a fényt, és ez az optikai erősítő közeg más részeire esik, aminek hatására ezek a részek is fotonokat bocsátanak ki, így még több fény keletkezik ("fényerősítés"). Amikor az optikai erősítő közeg egésze fényt termel, ezt telítésnek nevezzük, és egy nagyon erős, nagyon keskeny hullámhosszú fénysugarat hoz létre, amelyet lézersugárnak nevezünk.

A fény a két tükör közötti közegben mozog, amelyek a fényt oda-vissza visszaverik egymás között. Az egyik tükör azonban csak részben veri vissza a fényt, így annak egy része távozik. A kilépő fény alkotja a lézersugarat.

Ez egy egyszerű kialakítás; az alkalmazott optikai erősítő közeg típusa általában meghatározza a lézer típusát. Ez lehet egy kristály, példaként a rubin és az ittriumból és alumíniumból készült gránátkristály említhető, amelybe ritkaföldfémeket kevernek. A lézerhez gázok is használhatók hélium, nitrogén, szén-dioxid, neon vagy más gázok használatával. A nagy, nagy teljesítményű lézerek általában gázlézerek. A szabadelektronos lézer elektronnyalábot használ, és különböző színek kibocsátására hangolható. Végül a legkisebb lézerek félvezető diódákat használnak a fény előállításához. Ezek a legnépesebb fajták, amelyeket az elektronikában használnak.

Albert Einstein volt az első, akinek eszébe jutott a lézer előállítására alkalmas stimulált emisszió ötlete. Ettől kezdve sok évet töltöttek azzal, hogy kiderítsék, működik-e az ötlet. Először sikerült maszereket készíteni, később pedig kitalálták, hogyan lehet rövidebb látható hullámhosszúságú lézereket készíteni. A lézer elnevezést csak 1959-ben alkotta meg Gordon Gould egy kutatási tanulmányában. Az első működő lézert 1960-ban Theodore Maiman állította össze és működtette a Hughes Research Laboratoriesban. Ebben az időben sokan kezdtek el dolgozni a lézereken, és csak 1987-ben dőlt el, hogy ki kapja meg a lézer szabadalmát (Gould nyerte el a jogokat).

A lézerek számos felhasználási területet találtak a mindennapi életben és az iparban egyaránt. A lézereket megtaláljuk a CD- és DVD-lejátszókban, ahol a dalokat vagy filmeket tároló lemezről olvassák le a kódot. A lézert gyakran használják a boltban árult dolgokon található vonalkódok vagy SQR-kódok leolvasására, a termék azonosítására és árának megadására. A lézereket az orvostudományban is használják, különösen a LASIK szemműtéteknél, ahol a lézert a szaruhártya alakjának helyreállítására használják. A kémiában a spektroszkópiával együtt használják az anyagok azonosítására, hogy megtudják, milyen gázokból, szilárd vagy folyékony anyagokból áll valami. Az erősebb lézerekkel fémeket lehet vágni.

Lézerrel mérik a Hold Földtől való távolságát az Apollo-missziók által hátrahagyott reflektorok visszaverődésével. A fénynek a Holdhoz és visszaútjához szükséges idő mérésével pontosan meg tudjuk állapítani, hogy milyen messze van a Hold.

A lézermutatókat az emberek arra használják, hogy egy helyre mutassanak egy térképen vagy diagramon. Például az előadók használják őket. Emellett sokan szeretnek lézerpointerekkel játszani. Néhányan repülőgépekre is mutattak már velük. Ez veszélyes, és sok országban illegális is. Embereket letartóztattak és bíróság elé állítottak már emiatt a bűncselekmény miatt.

A számítógépek általában optikai számítógépes egeret használnak beviteli eszközként. A modern lézermutatók túl nagyok és erősek ehhez a használathoz, ezért a legtöbb egér kis VCSEL-eket, azaz "függőleges üregű felületkibocsátó lézereket" használ erre a célra. Ezeket a lézereket a DVD- és CD-ROM-meghajtókban, valamint a holográfiában is használják.