Laser Laser Laser patrí medzi mladšie vynálezy 20. storocia. Ale aj tak mu je tento rok už 42 rokov, stal sa neoddelitelnou súcastou nášho života. Slovo samé je skratkou anglického výrazu "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", co sa prekladá ako "zosilenie svetla pomocou vynútenej (stimulovanej) emisie žiarenia". Slovenský výraz pre laser je "kvantový generátor svetla". Z názvu je zrejmé, že laser je zariadenie, ktoré vydáva svetlo. Od bežného svetla (napr. svetla žiarovky) sa však líši tím, že je monochromatické (jednofarebné), koherentné (usporiadané) a má malou divergenciu (rozbiehavost). Energiu môžeme dodávat rôznym spôsobom, napríklad opticky (svetlom výbojky), chemicky, elektricky atd. Vzhladom samotných laserov je velmi rôznorodý. Záleží hlavne na druhu laseru, na jeho konštrukcie a v neposlednej rade na jeho použitiu. Koherentné svetlo má jedinú frekvenciu a fázu a ide ju prirovnat k pochodujúcemu vojenskému útvaru, zatial nekoherentné svetlo k davu ludí pohybujúcich sa chaoticky po ulici. Cinnost laseru je založená na princípe indukovanej emisie, ktorú Albert Einstein predpovedal už v roku
- 1916. Talentovaný anglický fyzik Paul Adrien Maurice Dirac spravil koncom 20. rokov
získaný laserový efekt delíme na:
o tuhé o kvapalné o plynné o lasery využívajúce zväzky nabitých castíc.
Podla cerpania energie môžeme lasery rozdelit na:
o opticky (výbojkou, iným laserom, slnecným svetlom a rádioaktívnym zariadeným) o elektricky (zrážkami v elektrickom výboji, zväzkom nabitých castíc, injektážou elektrónov, interakcií elektromagnetického pole sa zhluky nabitých castíc) o chemicky (energií chemickej väzby, fotochemickou disociaciou, výmenou energie medzi molekulami a atómmi) o termodynamicky (zahriatím a schladením plynu) o jadernou energií (reaktorom, jadrovým výbuchom) Lasery môžeme delit tiež podla vyžarovanej vlnovej dlžke na: o infracervené o lasery v oblasti viditelného svetla o ultrafialové o röntgenové
Konecne môžeme lasery delit podla použitia na:
o výskumné o merací o lekárske o technologické o energetické o vojenské Lasery využívajúce pevné látky Do tejto skupiny patria lasery využívajúce rozptýlené ionty v kryštalických nebo amorfných látkach, polovodicové lasery a lasery s kryštálmi s farebnými centrami. Najstarším laserom je laser rubínový. Ako aktívne prostredie je použitý kryštál korundu (Al2O3) s prímesami chrómu (rádové desatiny percenta), ktorý predstavuje aktívnu látku. Laser vyžaruje cervené svetlo s vlnovou dlžkou 0,6943 mikrometru a pohlcuje energiu svetla výbojky (kratšej vlnovej dlžky, zelenú cast spektra). Skôr sa používali výbojky tvaru závitnice, ktorá ovíjala kryštál. Výroba takejto výbojky ale cinia problémy, preto sa prešlo na lasery s eliptickými zrkadlami. Svetlo vydávané výbojkou umiestnenou v jednom ohnisku sa sústreduje v druhom ohnisku, kde je umiestený kryštál. Je to laser trojhladinový pracujúci v impulznom režime. Impulzní režim je nutný, pretože sa kryštál pri cerpaní energie silne zahrieva. Najrozšírenejšie sú lasery s neodymovým sklom, kde sú ionty neodymu rozptýlené v sklenenej matrici a lasery YAG s kryštálom yttrio - hlinitého granátu dotovaného neodymem. Neodymové sklo môže byt vyrábané v prakticky neobmedzených rozmeroch a dosahovat tak velkou laserovou energiu. Atómy neodymu pracujú ako štvorhladinový systém. Laser vyžaruje infracervený lúc o velkej energii. Pokial ide o YAG laser, vyznacuje sa vysokou úcinnostou, stací ho osvetlit obycajnou žiarovkou a môže vydávat spojité svetlo o výkonu stovky wattov. V poslednej dobe sa osvedcuje aj takzvané YAP lasery s kryštálom yttrio - hlinitého perovskitu. Lasery kvapalinové Kvapalinové lasery pracujúce s cheláty rôznych prvkov vzácnych zemín sa objavili už v roku 1963. Výhodou je, že môžu zaberat neobmedzene velký objem a sú dokonale homogénne. Nevýhodou ale je, že sa chemicky rozkladajú. Dôležitou skupinou sú však najme farebné lasery, ktoré využívajú roztokov rôznych organických látok, napríklad rhodaminu. K týmto kvapalinovým laserom patria i lasery na farebných centrách, kryštáloch s rôznymi defekty vyvolávajúce absorpciu na rôznofarebných spektrálnych ciarach (kryštál KCl s prímesí lithia). Farebné lasery a lasery na farebných centrách majú spolocnú vlastnost, ktorá ich predurcuje k použitiu v spektroskopii a v informacnej technike. Sú preladitelné a vlnovú dlžku laserového žiarenia ide u nich plynule menit. Lasery plynné Z plynových laserov sa stal najznámejší laser hélium - neónový generujúci jak cervené (na vlne 0,6328 mikrometru), tak infracervené žiarenie. Hélium- neónový laser tvorí dlhá sklenená trubica naplnená zmesou neónu a hélia, v nej sa budí elektrický výboj na vysokom kmitocte najcastejšie vonkajšími elektródami. Konce trubíc bývajú skosené pod Brewsterovým uhlom a celá trubice je umiestená medzi zrkadlami vonkajšieho rezonátora. Ako aktívny plyn pôsobí neón. Lúc má vysokú stabilitu kmitoctu (vyššiu než u maseru) a malou rozbiehavost. To predurcuje hélium- neónový laser k funkcii presných hodín, presného dialkomeru a k úcelom telekomunikacným a geodetickým. CO2 laseri a rezanie s nimi Co sa týka kvality zväzku nie je o com pochybovat. Rozloženie energie je možné názorne pozorovat na nasledujúcich obrázkoch. Kužel, ktorý vypaluje tento laser do plastu je pomerne symetrický. Interakcia nefokusovaného zväzku prebiehala po dobu asi desiatich sekúnd zo vzdialenosti 20cm od výstupného zrkadla. Pri práci s lasermi si vždy dávajte pozor na svoj zrak. Chránte si ho vhodnými ochrannými prostriedkami. V prípade CO2 (10,6μm) to nieje vôbec tažké. Stací ak použijete lubovolné okuliare s kremenným alebo plastovým sklom. Žiarenie CO2 laseru je silno absorbované týmito materiálmy. Nikdy sa však nepozerajte priamo do výstupného zrkadla laseru. Ak by ste priamo ožiarili sklenené okuliare, mohlo by dôjst k ich popraskaniu a úrazu by ste sa asi nevyhli. Plast má výhodu, že sa Vám pred ocami zacne rozrušovat, co Vás okamžite vedie k reflexu odtiahnut hlavu z nebezpecného miesta. Lasery využívajúce zväzky nabitých castíc Tieto lasery nepracujú na kvantových prechodoch, ale využívajú synchronizované oscilovanie castíc. Boli vytvorené lasery so zväzkami rýchlych elektrónov, takzvané FEL lasery - skratka z free electron lasers, lasery na volných elektrónoch, prípadne iných nabitých castíc. Takéto lasery majú tesnú náväznost na urychlovace. Každý z týchto laserov našiel uplatnenie v inej oblasti ludskej cinnosti. Nie každý laser sa hodí pre každý úcel. Väcšina laserov s ktorými sa bežne stretávame, sú laseri malého výkonu pracujúce kontinuálne (spojite, nepretržite). Od bežných laserových ukazovatiek, cez laserové tlaciarne, kopírky alebo CD-ROM mechaniky až k laserovým efektom známym z rockových koncertov. Taktiež pri prenose informácii sa používajú lasery pracujúce v nepretržitom režime. Dalej sa lasery používajú pri meraní vzdialeností, pri operácii ocí (odstránenie ci zmenšení krátkozrakosti) apod. Pri zvarení, rezaní, vrtaní ci chirurgii je urcujúci charakteristikou výkon laseru, preto sa tu uplatnujú impulzné lasery. Výkon laseru totiž taktiež závisí na dlžke laserového impulzu, a tak cím bude impulz kratší, tím väcší bude výkon. Skracovanie dlžky impulzu viedlo až k niekolkým nanosekundám, cím sa docieli výkonu zrovnatelného s malými elektrárnami. Bohužial si laser našiel velmi rýchlo cestu i v vojenskej oblasti (navadenie strel a bômb) a špionáži (laserový mikrofón). Aj preto, že clovek pri konštrukcii laseru zvládol mnoho, co sa týka energetickej úcinnosti, prírodu - podobne ako v iných oblastiach - sa mu prekonat nepodarilo, lebo zatial co v žiarovke sa menia len necelé 3% elektrické energie na svetlo, u žiariviek nieco okolo 10 - 15% a u laseru okolo 20%, "obycajná" svätojánska muška dokáže premenit svoju biochemickou energiu na svetlo takmer na 100%. V tomto ohlade prekonáva príroda všetko, co sa zatial podarilo cloveku dosiahnut.