Laser

25.01.2005

Laser- to je riječ koja navodi na pomisao o "high-tech" napravama. Laseri se danas nalaze u širokome spektru proizvoda koje, bez svijesti o prisustvu lasera, koristimo iz dana u dan. Laseri se nalaze u koječemu od CD playera i zubarskih bušilica pa sve do visokobrzinskih strojeva za rezanje metala i sustava za mjerenje. Kada se spozna ta činjenica o sveprisutnosti lasera, postavlja se pitanje- što je to uopće laser?

Za shvaćanje osnovnih principa na kojima funkcionira laser, za početak treba se upoznati sa prirodom atoma. Atomi su osnovne čestice od kojih se sastoji sve oko ljudi uključujući i ljude. Atomi su konstantno u nekoj vrsti kretanja, ono vibriraju, kreću se i rotiraju, a sastoje se od jezgre i elektronskog omotača. Iako to možda zvuči pomalo apstraktno, čak i atomi od kojih su napravljene krute tvorevine poput npr. stola, također su konstantno gibaju! S obzirom na ta gibanja atomi mogu biti na različitim stupnjevima uzbuđenosti koji ovise o energiji koju atomi primaju putem topline, svjetlosti ili električne energije. Nakon što se elektron uzbudi on se želi ponovo vratiti u svoje početno stanje, a dok to radi oslobađa energiju u obliku fotona- svjetlosne čestice. Takvi slučajevi uobičajeni u svakodnevici. Npr. kada se toster zagrije postaje žarko crven, ta boja nastaje kada atomi koji bivaju uzbuđeni zbog topline, počnu emitirati fotone.

Kakve veze atomi imaju sa laserima?

Laser je naprava koja kontrolira način na koji atomi pod utjecajem energije oslobađaju fotone. "Laser" je akronim za engl. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (pojačavanje svjetlosti stimuliranom emisijom zračenja). Danas postoji puno različitih tipova lasera, no svima je osnovno načelo po kojemu funkcioniraju isto. U laseru plinoviti medije se "pumpa" da bi se atomi doveli u pobuđeno stanje. Za što efikasniji rad lasera potrebno je imati što više pobuđenih atoma. Kao što je prije spomenuto, prilikom vraćanja u osnovno stanje, elektroni emitiraju energiju u obliku fotona koji imaju različite valne duljine, ovisno o stupnju uzbuđenosti koji je elektron imao prije emitiranja. Dva elektrona istog atoma na istome stupnju uzbuđenosti emitirati će fotone iste valne duljine. Ako tako otpušteni foton dođe u kontakt sa drugim atomom koji ima elektron na istom stupnju uzbuđenosti doći će do stimulirane emisije. Taj ulazni foton može stimulirati daljnju emisiju takvu da će drugi foton (koji će se pojaviti kada se drugi elektron vraća u osnovno stanje) vibrirati istom frekvencijom i smjerom kao i ulazni foton. Upravo zbog toga ta se vrsta emisije naziva stimuliranom emisijom, jer je organizirana, za razliku od emisije kod obične svjetlosti koja je slučajna. Osim stimulirane emisije drugo svojstvo bitno za funkcioniranje lasera su zrcala. Laser ima par zrcala na kojima se reflektiraju fotoni specifičnih valnih duljina i faza te tako putuju naprijed-nazad kroz sam medij. Zbog tog uzastopnog vraćanja fotona, pri čemu se svakim prolaskom zbog stimulirane emisije broj fotona povećava, dolazi do kaskadne efekta. Vrlo brzo nastaje velik broj fotona istih svojstava. Zrcalo na kraju lasera je "polu-srebrno" što znači da emitira dio svjetlosti a dio propušta. Upravo ta svjetlost koja se propušta je ona koju mi nazivamo laserskom svjetlošću. Za razliku od običnih svjetiljki kod kojih se svjetlost koja se emitira raspršuje, laser je građen tako da je snop koji se propušta vrlo uzak. Upravo stoga je ta zraka svjetlosti izrazito koncentrirana i jaka te se laseri koriste tamo gdje je potrebno "osvijetliti" izrazito male površine.

Na temelju navedenoga mogu se izdvojiti osnovna svojstva koja razlikuju lasersku svjetlost on normalne svjetlosti:

• Laserska svjetlost je monokromatska- sadrži samo jednu specifičnu valnu duljinu (jednu boju)
• Laserska svjetlost je koherentna- gibanje svih fotona je usklađeno, "organizirano"
• Laserska svjetlost je jako direktna - laserska zrake je jako uska, jaka i koncentrirana

Tipovi lasera

Postoji puno različitih tipova lasera. Podjela među laserima se vrši s obzirom na vrstu medija- prema tome laseri mogu biti sa krutim medijima (tzv. rubinski laseri) sa plinovitim medijima (helij, helij-neon, ugljični dioksid), excimer laseri(engl. excited dimes- fluor, klor pomiješani sa plinovima poput argona, kriptona ili ksenona), obojeni laser (koriste organske boje) te diodni laseri (takvi se najčešće pojavljuju u CD playerima i laserskim pisačima). Općenito mediji za lasere mogu se birati s obzirom na željenu valnu duljinu emitirane svjetlosti, zahtjevima snage i trajnošću pulsa. S obzirom na te zahtjeve spektar lasera je vrlo širok, a time se pojavljuju i oni više i manje opasni. S obzirom na stupanj opasnosti, odnosno obzirom na potencijalnu biološku štetu, laseri se dijele u četiri skupine.

• Klasa I - nemaju mogućnost emitiranja radijacije na poznatim štetnim nivoima
• Klasa I.A. -ovo je posebna oznaka koja vrijedi samo za one lasere koji «nisu namijenjeni za gledanje» kao što su skeneri u supermarketima (snaga zračenja do 0,4mW)
• Klasa II -vidljivi laseri malih snaga koji imaju emisiju iznad nivoa klase I, ali ne na snazi zračenja iznad 1mW
• Klasa IIIA -laseri koji štetni samo kod gledanja u samu zraku (1-5mW). Npr. Većina lasera koji se koriste kao pokazivači na prezentacijama su u toj klasi
• Klasa IIIB- Laseri umjerenih snaga
• Klasa IV -Laseri velikih snaga( 500 mW), koji su štetni za oči u bilo kojim uvjetima, ili su štetni ha kožu ili mogu uzrokovati

Više o laserima možete vidjeti na slijedećim stranicama:

http://science.howstuffworks.com/laser1.htmhttp://www.lasertech.com/howlaserswork.html