Dodał admin, 2007-10-08 Autor / Opracowanie: Tomasz Bajdan

LASER- urządzenie generujące lub wzmacniające spójne w zakresie widmowym zawartym między daleką podczerwienią a nadfioletem.

Chcąc poznać zasadę działania lasera musimy cofnąć się do roku 1917, kiedy to znany fizyk Albert Einstein rozważając warunki równowagi między promieniowaniem i świecącym ciałem, w celu wyprowadzenia wzoru Plancka opisującego widmo ciała doskonale czarnego, postuluje występowanie odwrotnego procesu do absorpcji. Jest nim emisja, ale nie spontaniczna (samorzutna) (Rys.1) niezależna od promieniowania, lecz emisja stymulowana (wymuszona) przez fotony.
Foton wyemitowany spontanicznie przez jeden z atomów napotykając na swej drodze innym wzbudzony atom powoduje przejście atomu do stanu podstawowego i tym samym wypromieniowanie drugiego identycznego fotonu. Oba fotony wymuszony i wymuszający, rozprzestrzeniają się w tym samym kierunku, z tą samą częstotliwością i w zgodnej fazie(Rysunek2.) Emisja spowodowana oddziaływaniem fotonów na atomy wzbudzone nazywamy emisją wymuszoną
Należy podkreślić, że emisję może wymusić tylko taki foton, jaki zostałby wyemitowany przez wzbudzony atom, przechodzący samorzutnie na niższy poziom energetyczny. Emisja wymuszona jest, więc zjawiskiem rezonansowym.
W sprzyjających warunkach do biegnących obok siebie fotonów może dołączyć trzeci, czwarty, itd. Wiązka promieniowania powstała w wyniku kolejnych aktów emisji wymuszonej przez wzbudzony układ atomów może być wykorzystana do monochromatycznej, spójnej, słabo rozbieżnej wiązki promieniowania, jeśli będą spełnione odpowiednie warunki. Dzięki temu odkryciu w ciągu następnych lat nastąpiła prawdziwa rewolucja technologiczna, a energie świetlną zaczęto wykorzystywać na niespotykaną dotychczas skale. W 1960 roku amerykański fizyk Teodor MAIMAN skonstruował urządzenie, które przyjęło nazwę od pierwszych liter angielskiej nazwy Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER), co w wolnym tłumaczeniu oznacza „wzmocnienie światła przez wymuszoną emisję promieniowania. Skonstruowanie lasera poprzedziły badania emisji wymuszonej w zakresie mikrofalowym. Zasada pracy lasera została opracowana w 1958 przez A.L. Schawlowa i Ch.H. Townesa.

LASER- urządzenie generujące lub wzmacniające spójne w zakresie widmowym zawartym między daleką podczerwienią a nadfioletem.
Zasada działania lasera jest oparta na wymuszonej emisji promieniowania elektromagnetycznego zachodzącej w układach atomów, jonów lub cząsteczek doprowadzonych przez tzw. pompowanie (wzbudzanie) do stanu inwersji obsadzeń odpowiednich poziomów energetycznych.
stan inwersji — to stan, w którym na górnym poziomie przejścia laserowego jest znacznie więcej centrów aktywnych niż na poziomie dolnym; energie układu w laserach osiąga się poprzez tzw. pompowanie optyczne (dostarczenie atomowi kwantu (fotonu) światła) lub za pomocą prądu elektrycznego.
Światło jest falą elektromagnetyczną powstającą, gdyż elektrony, krążące wokół jąder atomowych tracą porcje (kwanty energii). Elektrony krążą po ściśle określonych orbitach i stracie energii towarzyszy przejście z orbity zewnętrznej, o wyższej energii na wewnętrzną o energii niższej. Przy okazji emitowany jest kwant światła, czyli owa nadwyżka energii. Aby doszło do emisji fotonu, atom musi zostać wpierw wzbudzony, jego elektrony muszą znaleźć się na zewnętrznych orbitach. Można tego dokonać poprzez ogrzewanie, bombardowanie elektronami, umieszczając atomy w polu elektrycznym o dużym natężeniu lub bombardując atomy kwantami światła. Podczas wzbudzania atomu, jego elektrony absorbują energię i przeskakują na orbity zewnętrzne.
W zwykłych warunkach powrót na orbitę podstawową i związana z tym emisja fotonu zachodzi w sposób przypadkowy i nie jest w żadnym stopniu związana z zachowaniem się innych elektronów czy atomów. Mamy wówczas do czynienia z emisją spontaniczną (rys.5). Natomiast laser wykorzystuje zjawisko emisji wymuszonej (opisanej na wstępie) W laserze większość atomów znajduje się w stanie wzbudzonym, więc liczba emitowanych fotonów narasta lawinowo w następujących po sobie procesach tejże emisji. W rezultacie otrzymuje się strumień spójnego światła o stosunkowo dużym natężeniu. (Rys.6)