Laser

1. Laser Mária Podstrelená

2. je zariadenie, ktoré pomocou stimulovanej emisie vydáva koherentné svetlo. Jednotlivé „fotónové vlny, z ktorých je koherentné svetlo zložené, vibrujú a pohybujú sa synchronizovane, takže v podstate získame jedin elektromagnetickú vlnu Stimulovaná emisia – nastáva vo vzbudených atómoch vonkajším pôsobením. Túto emisiu môže vyvolať len fotón rovnakej frekvencie, akú má fotón, ktorý emisiou vzniká.

3. História a princíp • Prvý laser zostrojil roku 1960 Theodore Maiman. Laserový zväzok vytvoril tak, že do špeciálnej tyče z umelého rubínu vysielal záblesky obyčajného svetla • Zosilnenie svetla vzniká vďaka stimulovanej emisii • Ide vlastne o druh luminiscencie (svätojánske mušky, TV obrazovky, žiarivky), pričom elektróny z vybudených stavov neprechádzajú na základné stavy za sprievodu vyžiareného fotónu spontánne (náhodne) ale vplyvom interakcie s iným fotónom zodpovedajúcej vlnovej dĺžky • Takto vyžiarený „nový“ fotón má rovnakú frekvenciu aj fázu ako „pôvodný“ fotón

4. Vďaka umiestneniu do rezonátora, spontánne vyžiarený fotón opakovane prechádza materiálom, vyvoláva stimulovanú emisiu a takto vznikajúce fotóny vyvolávajú ďalšiu stimulovanú emisiu - dochádza k lavínovému efektu. • Pochopiteľne, spontánna emisia prebieha aj naďalej a po určitom čase môže prevážiť „balík“ fotónov pochádzajúci od iného spontánne vyžiareného fotónu. Tento čas (v jeho priemernej hodnote) udáva koherentnú dĺžku • Niektoré druhy laserov je možné „ladiť“ (meniť vlnovú dĺžku vyžiareného svetla) v úzkom rozsahu, ak sa zabezpečí zhoda rezonančnej vlnovej dĺžky rezonátora a oblasti zosilnenia aktívnej látky

5. Lasery vytvárajú teda svetlo neobyčajných vlastností • Laserové svetlo je vysoko monochromatické Neónové svetlo je monochromatické v pomere1 : 106 avšak v prípade lasera ostrosť dosahuje hodnôt až 1 : 1015 • Laserové svetlo je vysoko koherentné jednotlivé vlny (vlnové klbka) laserového svetla môžu byt dlhé niekoľko sto kilometrov. Koherentná dĺžka vlnových klbkov obyčajnej žiarovky je spravidla menšia ako jeden meter • Laserové svetlo je vysoko smerové má malú rozbiehavosť; odchyľuje sa od presnej rovnobežnosti len v dôsledku rozptylu na výstupnej clone lasera

6. Hlavné typy laserov • Tuholátkové lasery, kde aktívne prostredie je tvorené tuhými kryštalickými prípadne amorfnými látkami, ktoré sú primesované vhodnými iónmi (napr. rubín, CaF2 a pod.) • Plynové lasery, ktorých aktívne prostredie tvorí látka v plynnom stave, napr. argón, dusík alebo CO2, prípadne zmes plynov, napr. heliovo-neónový laser • Polovodičové lasery, kde aktívne prostredie sa budí prevodom elektrónov z valenčného do vodivostného pásu polovodiča. Vzhľadom na veľké zosilnenie postačí ako odrazové plochy rezonátorov použiť rovnobežné konce polovodičového kryštálu, preto sú ich rozmery veľmi malé a nachádzajú široké uplatnenie

7. Chemické lasery, v ktorých sa na budenie aktívneho prostredia používa energia uložená v chemickej väzbe molekúl alebo atómov. Vo všetkých chemických laseroch je rozhodujúcim budiacim mechanizmom teda chemická reakcia. Majú najväčšiu účinnosť zo všetkých vymenovaných typov. Účinnosť väcšiny laserov nedosahuje ani jedno percento • Farbivové lasery, ktorých aktívne prostredie tvoria roztoky organických farbív. Majú mimoriadne veľké pásmo preladitelnosti • Kvapalné lasery - Laserujúcim prostredím je kvapalina: roztok zlúčeniny organického farbiva v etylalkohole, metylalkohole alebo vode. Takýmto farbivom môže byť napr. kumarin alebo rodamin. Budenie laserovej kvapaliny sa deje ožiarením buď viditeľným alebo ultrafialovým svetlom. Po ožiarení vydáva kvapalina svetlo s mnohými vlnovými dĺžkami, na ktoré možno laser prelaďovať zmenou dĺžky rezonátora. Výkon farebného lasera môže dosiahnuť aj 100W.

8. Použitie • Vďaka vysokej koherencii a monochromatickosti je možné v laserovom lúči sústrediť veľkú energiu na malej ploche, čo je základ použitia na rezanie a vŕtanie materiálov. Napríklad kónické otvory pre ventily motorov sa dajú dnes najekonomickejšie vyrobiť laserom • Ďalšie aplikácie využívajú malú rozbiehavosť a koherentnosť - optické dátové médiá (CD, DVD, Blu-ray, magnetooptické disky), meracie aplikácie. Monochromatickosť a možnosť rýchlej modulácie je využitá v optických komunikáciách • V medicíne:dermatológii, plastickej chirurgii, neurochirurgii, urológii, gynekológii, stomatológii, v priemysle – na zváranie veľkých kusov ťažkých kovov. Produkujú totiž teplotu až 5000°C. dokážu presne zvárať aj taviť, robiť zárezy do diamantov

9. Bezpečnosť • lasery kategórie I – sú relatívne neškodné aj pri priamom pohľade do lúča a pre ich použitie neplatia takmer žiadne obmedzenia. príkladom sú lasery použité v CD prehrávačoch a čítačkách čiarového kódu. Max. výkon 0,4 mikroW • lasery kategórie II – nemali by spôsobiť poškodenia oka, pretože oko sa zatvorí za 0,25s. Tento čas nestačí na poškodenie buniek zraku. Max. výkon 1mW • lasery kategórie III – v spojitom režime emitujú žiarenie vo viditeľnej oblasti spektra, ktorého výkon nepresahuje 5mW, a v pulznom režime zväzok o výkone menšom než 0,5W. Difúzny odraz žiarenia nespôsobuje poškodenie zdravia • lasery kategórie IV – svojimi parametrami presahujú max. hodnoty triedy III. Pri týchto laseroch aj difúzny odraz spôsobuje vážne poranenia vrátane popálenín • (presnejšie, pri ~50 W ťažké popáleniny, od 200 W výkonu prerežú človeka napoly, od 10 kW vyššie ostanú z človeka len dymiace topánky) podľa všetkých známych bezpečnostných noriem musí byť PP lasera tejto triedy človeku zneprístupnený klietkou

10. Obrázky

12. Ďakujem za pozornosť