Zaloguj się
Wszystkie
9 maja 2022
985
Chyba każdy z czytelników miał do czynienia z laserem w jakiejś formie – lasery stosowane są w odtwarzaczach CD/DVD/Blu-Ray, w drukarkach laserowych, wyświetlaczach laserowych, wskaźnikach i wielu innych urządzeniach, które nie mają słowa „laserowy” w nazwie. Z laserów korzystają też lekarze, fizycy, operatorzy obrabiarek, wojskowi itd., można wymieniać bez końca. Dlatego warto wiedzieć coś na temat laserów, a także tego, jak zastosować je we własnych urządzeniach w sposób poprawny. Uwaga – w artykule znajduje się sporo fizyki, szczególnie we wstępie teoretycznym. Są to zagadnienia niezbędne dla zrozumienia działania i właściwości laserów. Autor dołożył szczególnych starań do objaśnienia bardziej skomplikowanych pojęć z zakresu fizyki ciała stałego i optyki.
Trochę historii
Pierwszy laser uruchomiono w 1960 roku. Jednak działania, które doprowadziły do skonstruowania tego wynalazku, rozpoczęły się co najmniej 10 lat wcześniej. Pierwszy publicznie zaprezentowany pomysł budowy urządzenia wykorzystującego inwersję obsadzeń pojawił się w 1952 roku na konferencji w kanadyjskiej Ottawie, ale zainteresowanie takim urządzeniem z pewnością sięga wcześniejszych lat.
Już od czasów II Wojny Światowej (a nawet na krótko przed) pracowano nad technologiami mikrofalowymi z uwagi na ich kluczowe znaczenie dla systemów radiolokacyjnych. W 1954 roku Charles Townes, James Gordon i Herbert Zeiger – trzech naukowców z USA, pracujących na MIT (Massachusetts Institute of Technology) skonstruowało urządzenie, które zdolne było do generacji lub wzmacniania promieniowania mikrofalowego, korzystając ze zjawiska emisji wymuszonej. Maser – urządzenie, które emitowało wiązkę spójnych fal z zakresu mikrofal, położyło podwaliny pod stworzenie lasera. Nie bez powodu ich nazwy są takie podobne – skrót LASER (MASER) rozwija się, jako Light (Microwave) Amplification by Stimulated Emission of Radiation.
Pierwszy laser uruchomiono w Hughes Aircraft Company (później Hughes Research Laboratory) w roku 1960. Za sukcesem tym stał Theodore Maiman, który otrzymał za swój wynalazek wiele nagród, w tym Nagrodę Wolfa czy Japońską Nagrodą Międzynarodową. Przede wszystkim jednak wykonał milowy krok w rozwoju fizyki, nie tylko, dlatego, że uruchomił to nowe źródło światła, ale także, dlatego, że stworzył narzędzie, które obecnie stoi u podstaw wielu zaawansowanych metod badawczych.
Zasada działania lasera
Aby zrozumieć zasadę działania lasera, należy koniecznie poznać pewne zagadnienia z zakresu fizyki. Z kolei to wymaga poznania podstawowych mechanizmów i zjawisk fizycznych oraz metod ich opisu. W pierwszej kolejności kluczowe jest zrozumienie, czym są elektronowe poziomy energetyczne w optycznie aktywnej cząstce, co stoi za zjawiskiem luminescencji, a w konsekwencji jest istotne dla akcji laserowej Rozważmy przykładową cząstkę – dla uproszczenia rozumienia, może to być nawet pojedynczy atom. Ma on pewne dyskretne poziomy energetyczne. W przypadku atomu poziomy energetyczne utożsamiane mogą być z pozycją elektronu (orbitą) w tym atomie. Te poziomy energetyczne są skwantowane, co oznacza, że cząstka nie może przyjąć dowolnej energii, tylko konkretne jej wartości. Wynika to z kwantowej natury świata i dokładniejsze uzasadnienie, dlaczego tak jest stanowczo wymyka się zakresowi tego artykułu.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
