Lasery Lasery Úvod a história Lasery sú prespektívnou zložkou, rýchlo sa rozvíjajúcou zložkou elektroniky, núkajúcou stále nové možnosti využitia. Prípravným casom na nastúpenie laserov bolo obdobie maserov. Maser je skratka Microwave amplification by emision of radiation. Znamená to, že to je mikrovlné zosilovanie simulovanou emisiou žiarenia. Teda nieje to zdroj svetla, ale iba zosilnovacom na mikrovlných pásmach. Fyzikálny princíp je podobný ako pri laseroch. Pre lasery sa používa názov kvantové zdroje kohertného svetla. Sú návrhy oznacovat lasery ja masery spolocným názvom ESERY. Na rozdiel od iných zdrojov žiarenia vyžarujú lasery svetlo s presne vymedzenou vlnovou dlžkou , ktoré sa šíri v úzkom zväzku a všetky lúce majú rovnaký fázový stav, co spôsobuje vysokú intenzitu. Lasery rozdelujeme na: a) plynové b) kvapalinové c) tuhé pricom tuhé delíme na 1. kryštálové, 2. polovodicové. Na výskum nových a silnejších laserov sa vynakladajú velké financné ciastky. Rýchly rozvoj spôsobil, že lasery sa stali všeobecne dostupnou komoditou. Pre vývoj laserov bolo dôležitý pokrok vo fyzike, za co sa pricinili najmä M. Planck, N. Bohr, A. Einsten. Vo vývoji boli dôležité hlavne tieto roky. 1917-1952 Naznacil Einstein základné koncepcie kvantových generátorov. 1923 Toldman preskúmal možnosti využitia simul. emisie na úcely zosilovania vln. 1940 V. A. Fabrikant analyzoval negatívnej absorbcie. 1953 J. Weber uverejnil clánok o zosilnovacích dvojhladinových atómových prostrediach. 1958 prvá práca o zosilovaní svetla pomocou simulovanej emisie 1961 Objav uvolnenia energie v rezonátore v podobe obrovitých pulzov. 1962-1965 Nástup polovodicových laserov. 1962 Prvé použitie laseru v kozmickom priestore 1964 Objav iontového lasera vydávajúceho viditelné svetlo. 1967 Zostrojenie mnohovlnný kvapalný laser s farbami, od cervenej po žltú. 1970 Skonštruovanie laseru pracujúceho pri izbových teplotách Konštrukcné riešenie a výroba laserov Pri konštrukcnom návrhu je dôležité: a) dat súciastke vhodnú geometriu, vychádzajúc z jej funkcného urcenia. b) v súvislosti s geometriou prihliadat na podmienky naladenia. c) musíme pamätat na prívod elektrického prúdu. d) postarat sa o odvod tepla. Polovodicové lasery majú zväcša tvar štvorbokého a trojbokého hranola, alebo valcový tvar. Pri štvorbokom hranoly vychádza svetlo z jednej strany, pri trojbokom z jednej, dvoch, alebo troch stien. Valcová geometria sa používa na vyžarovanie všetkými smermi. Teleso kryštálu je tvorené stenami R1 a R2, ktoré majú funkciu zrkadiel, reflektorov. Aby mohlo svetlo vychádzat do priestoru, musí byt aspon jedna z obrazných stien polopriepustná. To znamená, že 30% až 60% svetla opúšta rezonátor. Pri konštrukcnom riešení je dôležité dbat na rovinnost, planparalénnost, odrazivost reflektorov a ich kolmost na rovinu priechodu. Základne hranola sú pokovené a slúžia na kontaktovanie prívodov elektrického prúdu. jednou z nich sa odvádza vznikajúce teplo z Joulových strát. Teplo sa odvádza pomocou medených, alebo diamantových blokov. Pri výbere materiálu pre výrobu priechodových polovodicových laserov

zohladnujeme tri aspekty:

  • 1. Vybrané polovodice musia byt schopné vysokej dotovatelnosti donórmi aj
akceptormi

  • 2. Medzi vodivostnými oblastami sa vyžaduje vznik priechodu.
Týmto požiadavkám vyhovuje GaAs. Tieto lasery emitujú v infracervenej oblasti spektra. Neviditelné spektrum má prednosti v dorozumievacej technike, telemetrii a iných aplikáciách. Vplyv fyzikálnych velicín na cinnost polovodicového lasera Zistilo sa že pri zvyšovaní teploty polovodicových laserov sa prudko zvyšuje prúd, co je spôsobené nárastom volných nosicov náboja. Prahová hodnota prúdu (ith) je funkciou teploty. Všeobecne je závislá aj od aj od koncentrácie volných nosicov náboja, prípadne iných faktorov. Závislost ith od Q a ND pre GaAs je znázornená na obrázku. V intervale Q < 20K ith takmer konštantné. K znatelnému nárastu prichádza v intervale Nad 100K platí ith~Q3. Pri nízkych teplotách je prúdová hustota a tím aj celkový prúd malý. Nadmernému zohriatiu predchá- dzame skrátením nábehového casu a zostupného casu pulzu, ako aj jeho trvania. Dlhšie casy nábehu vyvolajú zvýšenie teploty cipu až k bodu, v ktorom vstrekovaný prúd nestací vynútit laserovania príp. vyniknutú emisiu zastaví. Hovoríme o teplotnom zhášaní lasera. Cas trvania budiaceho impulzu je rádovo 20 až 50 ns. Vlastnosti lasera sa menia mechanickým pnutím vyvolaným tlakom, tahom, ohybom, a krutom. Napríklad jednoosové pnutie v GaAs v laserovej dióde znižuje ith a posúva emisný vrchol ku kratším vlnovým dlžkam. Pri deformáciách sa naruší pôvodné usporiadanie atómov sa naruší pôvodné usporiadanie atómov príp. molekúl v kryštálových mriežkach. Vzdialenosti atómov v osovom smere zmenšia, pôsobením tlaku sa zväcšia. V oboch prípadoch príma sústava deformacnú energiu, co sa spôsobí zmenou zakázaného pásma elektrónov. Ochrana proti žiareniu lasera Lasery majú nepriaznivé biologické úcinky, ktoré vyvolávajú: a) Lokálne zvýšenie teploty, a tým poškodenie živého tkaniva. b) Druhotným úcinkom teploty, vznikom tlakovej vlny, ktorej intenzita tlakovej vlny, ktorej intenzita dostacuje na trhanie svalového tkaniva. Konkrétnejšie, poškodzuje sa pigment epitelu a príp. neuroektodemálny povlak. Bezpecnost pri práci si vyžaduje predovšetkým ochranu pokožky a ocí, ktoré sú najviac ohrozované. K ohrozeniu dochádza nielen priamym stykom s laserovými zariadením, ale aj sekundárnymi úcinkami, hlavne vzdušnou kontamináciou. Oci chránime bezpecnostnými filtracnými okuliarami. V priemysle sa dá predíst škodlivým úcinkom pomocou riadenia za kontroly televíznymi kamerami. K základným preventívnym opatreniam patria: dôsledné oznacenie miest, kde sa žiarenie vyskytuje, dodržiavanie predpisov na signalizáciu cinnosti laserového zariadenia. Signalizácia musí byt optická, aj akustická. Využitie laserov v priemysle Pri fokusácií laserových lúcov na malú plochu sa tam koncentruje velké množstvo energie. Teplota stúpne na vysokú hodnotu, cím dojde k lokálnemu topeniu, až vyparovaniu látky. To sa využíva najmä pri obrábaní materiálov. V mikroelektronike sa používajú pri výrobe súciastok a integrovaných obvodov. Je otázne ako sa budú dalej pokracovat vývoj laserov, co je však dôležité, lasery majú budúcnost hlavne v oblasti informacnej techniky.