Laserul este un dispozitiv optic care genereaza un fascicul coerent de lumina.

Fasciculele laser au mai multe proprietati care le diferentiaza de lumina incoerenta produsa de exemplu de Soare sau de becul cu incandescenta:

    * monocromaticitate — un spectru in general foarte ingust de lungimi de unda;
    * directionalitate — proprietatea de a se propaga pe distante mari cu o divergenta foarte mica si, ca urmare, capacitatea de a fi focalizate pe o arie foarte mica;
    * intensitate — unii laseri sint suficient de puternici pentru a fi folositi la taierea metalelor.

La origine termenul laser este acronimul LASER format in limba engleza de la denumirea light amplification by stimulated emission of radiation (amplificare a luminii prin stimularea emisiunii radiatiei), denumire construita pe modelul termenului maser care inseamna un dispozitiv similar, functionand in domeniul microundelor.

In limba romana forma de plural recomandata de dictionare este lasere; cercetatorii implicati in acest domeniu prefera insa pluralul laseri.

Istoric

Principiile de functionare ale laserului au fost enuntate in 1916 de Albert Einstein, printr-o evaluare a consecintelor legii radiatiei a lui Max Planck si introducerea conceptelor de emisie spontana si emisie stimulata. Aceste rezultate teoretice au fost uitate insa pina dupa cel de-al doilea razboi mondial.

In 1953 fizicianul american Charles Townes si, independent, Nikolai Basov si Aleksandr Prohorov din Uniunea Sovietica au reusit sa produca primul maser, un dispozitiv asemanator cu laserul, dar care emite microunde in loc de radiatie laser, rezultat pentru care cei trei au fost rasplatiti cu Premiul Nobel pentru Fizica in 1964.

Primul laser functional a fost construit de Theodore Maiman in 1960 si avea ca mediu activ un cristal sintetic de rubin pompat cu pulsuri de flash.

Primul laser cu gaz a fost construit de fizicianul iranian Ali Javan in 1960 folosind un amestec de heliu si neon, care producea un fascicul cu lungimea de unda de 1,15 μm (infrarosul apropiat), spre deosebire de laserii actuali cu He-Ne care emit in general in domeniul vizibil, la 633 nm.

Primul laser romanesc

Romania a fost a patra tara din lume in care s-au realizat laseri,[necesita citare] in urma unor cercetari intreprinse de un colectiv condus de Ion I. Agarbiceanu (fiul scriitorului Ion Agarbiceanu). Rezultatul lor a fost raportat in 1961.

Principiul functionarii laserului

Laserul este un dispozitiv complex ce utilizeaza un mediu activ laser, ce poate fi solid, lichid sau gazos, si o cavitate optica rezonanta. Mediul activ, cu o compozitie si parametri determinati, primeste energie din exterior prin ceea ce se numeste pompare. Pomparea se poate realiza electric sau optic, folosind o sursa de lumina (flash, alt laser etc.) si duce la excitarea atomilor din mediul activ, adica aducerea unora din electronii din atomii mediului pe niveluri de energie superioare.

Fata de un mediu aflat in echilibru termic, acest mediu pompat ajunge sa aiba mai multi electroni pe starile de energie superioare, fenomen numit inversie de populatie. Un fascicul de lumina care trece prin acest mediu activat va fi amplificat prin dezexcitarea stimulata a atomilor, proces in care un foton care interactioneaza cu un atom excitat determina emisia unui nou foton, de aceeasi directie, lungime de unda, faza si stare de polarizare.

Astfel este posibil ca pornind de la un singur foton, generat prin emisie spontana, sa se obtina un fascicul cu un numar imens de fotoni, toti avind aceleasi caracteristici cu fotonul initial. Acest fapt determina caracteristica de coerenta a fasciculelor laser.

Rolul cavitatii optice rezonante, formata de obicei din doua oglinzi concave aflate la capetele mediului activ, este acela de a selecta fotonii generati pe o anumita directie (axa optica a cavitatii) si de a-i recircula numai pe acestia de cit mai multe ori prin mediul activ.

Trecerea fotonilor prin mediul activ are ca efect dezexcitarea atomilor si deci micsorarea factorului de amplificare optica a mediului. Se ajunge astfel la un echilibru activ, in care numarul atomilor excitati prin pompare este egal cu numarul atomilor dezexcitati prin emisie stimulata, punct in care laserul ajunge la o intensitate constanta.

Avind in vedere ca in mediul activ si in cavitatea optica exista pierderi prin absorbtie, reflexie partiala, imprastiere, difractie, exista un nivel minim, de prag, al energiei care trebuie furnizata mediului activ pentru a se obtine efectul laser.

In functie de tipul mediului activ si de modul in care se realizeaza pomparea acestuia laserul poate functiona in unda continua sau in impulsuri. Primul maser si primul laser functionau in regim de impulsuri.

Caracteristici

Intensitate

In fuctie de tipul de laser si de aplicatia pentru care a fost construit, puterea transportata de fascicul poate fi foarte diferita. Astfel, daca diodele laser folosite pentru citirea discurilor compacte este de ordinul a numai 5 mW, laserii cu CO2 folositi in aplicatii industriale de taiere a metalelor pot avea in mod curent intre 100 W si 3000 W. In mod experimental sau pentru aplicatii speciale unii laseri ajung la puteri mult mai mari; cea mai mare putere raportata a fost in 1996 de 1,25 PW (petawatt, 1015 W).

Pentru protectia muncii, cei care folosesc laseri trebuie sa stie intotdeauna cu ce tip de laser au de a face. Din punctul de vedere al pericolului pe care il reprezinta fasciculul laser asupra omului (in principal retina si pielea), laserii sint clasificati in mai multe grupe.

In prezent clasificarea laserilor nu se face la fel in toate tarile, dar se fac pregatiri pentru ca aceste clase sa fie definite la fel la nivel international.

Lucrul cu laseri periculosi impune folosirea de ochelari de protectie, care absorb radiatia luminoasa la lungimea de unda a laserului folosit si permit vederea in celelalte regiuni ale spectrului.

Monocromaticitate

Majoritatea laserilor au un spectru de emisie foarte ingust, ca urmare a modului lor de functionare, in care numarul mic de fotoni initiali este multiplicat prin „copiere” exacta, producind un numar mare de fotoni identici.

In anumite cazuri spectrul este atit de ingust (lungimea de unda este atit de bine determinata) incit fasciculul isi pastreaza relatia de faza pe distante imense.

Aceasta permite folosirea laserilor in metrologie pentru masurarea distantelor cu o precizie extrem de buna, prin interferometrie.

Aceeasi calitate permite folosirea acestor laseri in holografie.

Directionalitate

In timp ce lumina unei surse obisnuite (bec cu incandescenta, tub fluorescent, lumina de la Soare) cu greu poate fi transformata intr-un fascicul paralel cu ajutorul unor sisteme optice de colimare, lumina laser este in general emisa de la bun inceput sub forma unui fascicul paralel. Aceasta se explica prin actiunea cavitatii optice rezonante de a selecta fotonii care se propaga paralel cu axa cavitatii.

Astfel, in timp ce un reflector obisnuit de lumina, orientat de pe Pamint spre Luna, lumineaza pe suprafata Lunii o suprafata de aproximativ 27.000 km in diametru, fasciculul unui laser nepretentios cu heliu-neon lumineaza pe Luna o suprafata cu diametrul mai mic de 2 km.

Folosind laseri mai performanti si avind la dispoziti pe suprafata Lunii retroreflectoare (colturi de cub, care reflecta lumina incidenta pe aceeasi directie) a fost posibila determinarea cu foarte mare precizie a distantei de la Pamint la Luna.

Utilizare

    * Metrologie
    * Holografie
    * Geologie, seismologie si fizica atmosferei
    * Spectroscopie
    * Fotochimie
    * Fuziune nucleara
    * Microscopie
    * Aplicatii militare
    * Medicina: bisturiu cu laser, inlaturarea tatuajelor, stomatologie, oftalmologie, acupunctura
    * Industrie si comert: prelucrari de metale, cititoare de coduri de bare, imprimare
    * Comunicatii prin fibra optica
    * Inregistrarea si redarea CD-urilor si DVD-urilor


Sursa: Wikipedia