STRUKE:

laser

ilustracija
LASER – a) plinski; b) rubinski; c) poluvodički; d) s parama metala: 1. kremena cijev s plinom, 2. RF elektromagnetski pobuđivač, 3. svjetlost, 4. zrcalo, 5. elektrooptički prekidač snopa, 6. rubinska šipka, 7. električna bljeskalica, 8. električna struja, 9. monokristal Ga As, 10. P-N spoj, 11. anoda, 12. katoda, 13. segmenti od šupljikavog stakla, 14. metalni prsten, 15. pare metala, 16. metalni prah

laser (akr. od engl. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation: pojačanje svjetlosti s pomoću stimulirane emisije zračenja), uređaj za stvaranje i pojačavanje koherentnog elektromagnetskog, najčešće monokromatskog, usko usmjerenog zračenja (→ koherencija). Osniva se na kvantnim pojavama pri prijenosu energije zračenjem. Izmjena energije zračenja s atomima ili molekulama aktivnoga medija u laseru (plin, kristal, plazma), umjesto apsorpcijom i spontanom emisijom zračenja, odvija se stimuliranom emisijom. To se zbiva kada se na atom ili molekulu u pobuđenom stanju, tj. u stanju u kojem su elektroni na višoj energetskoj razini, djeluje dodatnim izvorom energije (npr. bijelom svjetlošću ili elektromagnetskim poljem). Time broj atoma u pobuđenom stanju (N2) postaje veći od broja atoma u nepobuđenom stanju (N1), što se naziva inverzija populacije. Za prijelaz u pobuđeno stanje fizikalno je nevažno kojim je putem i načinom dovedena energija, dok kod prijelaza iz pobuđenog u nepobuđeno stanje nastaje kvantni skok, tj. emisija fotona kojima energija odgovara razlici energetskih razina. Općenito vrijedi Boltzmannov zakon:

laser.jpg

gdje je h Planckova konstanta, ν frekvencija, k Boltzmannova konstanta, T termodinamička temperatura.

Uvjet je za stimuliranu emisiju, odnosno za rad lasera, veći broj atoma u pobuđenom stanju od broja atoma u nepobuđenom stanju, N2 > N1. Laserski dobiveni fotoni imaju jednak smjer, frekvenciju (zbog međudjelovanja atoma u laseru frekvencije fotona nisu potpuno jednake, frekvencijski je opseg je manji od 1 kHz), polarizaciju i energiju. Time se dobiva monokromatsko elektromagnetsko zračenje uskoga paralelnog snopa praktički identičnih fotona i velike gustoće energije po širini spektralne linije.

Po načinu rada razlikuju se neutralni atomski laseri, kod kojih spektralni prijelazi nastaju na neutralnim atomima, ionski laseri, kod kojih se koriste spektralni prijelazi na ioniziranim atomima plina, plinski molekularni laseri, koji rade u području molekularnoga spektra, laseri s Blumleinovom pobudom, kod kojih se na laserski plin djeluje izbojem pločastoga kondenzatora i time dobiva impulsno elektromagnetsko zračenje, plinsko-dinamički laseri, kod kojih inverzija populacije nastaje ekspanzijom vrućega plina ili plazme kroz mlaznicu brzinom većom od brzine zvuka i dr. Po vrsti optički aktivne tvari laseri se dijele na plinske, tekućinske, poluvodičke i općenito lasere s čvrstim tvarima, npr. staklo, prirodni ili umjetni kristali. Danas laseri pokrivaju valne duljine zračenja od dalekoga ultraljubičastoga pa sve do dalekog infracrvenoga područja, a radi se i na konstrukciji lasera u području rendgenskoga zračenja. Posebna su vrsta kemijski laseri, kod kojih se inverzija populacije postiže izravno ili neizravno za vrijeme egzotermne kemijske reakcije. Postoje i laseri (npr. s titanijem dopiranim kristalom safira kao aktivnim medijem) koji mogu kontinuirano mijenjati valnu duljinu od 700 do 1000 nm, što se koristi u laserskoj spektroskopiji. Osim lasera koji zrače kontinuirano, konstruirani su i laseri koji zrače u kratkim impulsima trajanja od 10–16 do 10–9 s, i time vrlo velike snage od nekoliko petavata (1015 W) u pulsu.

Induciranu stimuliranu emisiju predvidio je u svojim radovima već 1917. Albert Einstein. Takvu emisiju u vidljivom području teorijski su obradili Arthur Leonard Schawlow, Charles Hard Townes i Aleksandr Mihajlovič Prohorov 1958., a Theodore Harold Maiman konstruirao je 1960. prvi laser kojemu je aktivna tvar bio kristal rubina stimuliran bijelom svjetlošću. Prvi plinski laser, sa smjesom helija i neona, bio je konstruiran 1961., prvi poluvodički 1962., a prvi tekućinski 1963.

U tehnologiji se laser koristi za finu obradbu metalnih površina i za precizno zavarivanje. U telekomunikacijama se koristi modulirano lasersko zračenje za prijenos informacija. Pritom se modulacija može postići promjenom amplitude (intenziteta) zračenja (što se najčešće koristi zbog jednostavnosti), promjenom frekvencije ili promjenom polarizacije zračenja. Prijenos je moguć izravnim zračenjem ili vođenjem kroz svjetlovode (npr. u telefonskim vodovima). U medicini laser služi ponajviše kao kirurški instrument za precizne operacije (npr. oka) ili dermatološku obradbu, uklanjanje površinskih tumora ili tetovaže, u stomatologiji za obradbu zuba, u meteorologiji za mjerenje udaljenosti i brzine gibanja oblaka (→ lidar), u optičkoj astronomiji u uređaju za računalnu korekciju deformacije slike izazvane atmosferskim utjecajima, u holografiji, za precizne mjerne instrumente (npr. daljinomjere), u građevinarstvu za poravnanje terena pri gradnji cesta, kod protuprovalnih alarmnih uređaja, u optičkim čitačima zvučnih zapisa kod CD-a i DVD-a, kod laserskih pisača i kopirnih uređaja itd. Zbog niske cijene, osobito poluvodičkoga lasera, koristi se npr. i u dječjim igračkama.

Posebno značenje laser ima u vojnoj industriji, kao dio daljinomjera, označivača cilja, u telekomunikacijama i za stvaranje zaprečnih polja. U najrazvijenijim zemljama (osobito u SAD-u) radi se na izradbi štita od balističkih raketa koji bi se sastojao od satelitâ na stacionarnim putanjama opremljenih laserima velike snage, koji bi mogli uništiti nadolazeće rakete daleko od branjenoga položaja. Također se u astronautici razmatra mogućnost izradbe letjelice s reflektirajućim »jedrom« koja bi sa Zemlje bila ubrzavana jakim laserskim snopom. Za sada je izrađen superlaki zrakoplov obložen fotoćelijama, kojemu električni motor pokreće energija predana laserskim snopom.

laser. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 13.12.2018. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=35494>.