Laser

30. listopad 2011 | 16.25 |

Laser (akronym z anglického Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, tj. 'zesilování světla stimulovanou emisí záření') je optický zdroj elektromagnetického záření tj. světla v širším smyslu. Světlo je z laseru vyzařováno ve formě úzkého svazku; na rozdíl od světla přirozených zdrojů je koherentní a monochromatické. Princip laseru využívá zákonů kvantové mechaniky a termodynamiky.

Zdrojem energie, který může představovat například výbojka, je do aktivního média dodávána ("pumpována") energie. Ta energeticky vybudí elektrony aktivního prostředí ze základní energetické hladiny do vyšší energetické hladiny, dojde k tzv. excitaci. Takto je do vyšších energetických stavů vybuzena většina elektronů aktivního prostředí a vzniká tak tzv. inverze populace.

Při opětném přestupu elektronu na nižší energetickou hladinu dojde k vyzáření (emisi) kvanta energie ve formě fotonů. Tyto fotony následně interagují s dalšími elektrony inverzní populace, čímž spouštějí tzv. stimulovanou emisi fotonů, se stejnou frekvencí a fází, i u nich.

Díky umístění aktivní části laseru do rezonátoru, tvořeného například zrcadly, dochází k odrazu paprsku fotonů a jeho opětovnému průchodu prostředím. To dále podporuje stimulovanou emisi, a tím dochází k exponenciálnímu zesilování toku fotonů. Výsledný světelný paprsek pak opouští tělo laseru průchodem skrze polopropustné zrcadlo.

Předchůdcem laseru byl maser, zařízení které pracuje na stejném principu (stimulovaná emise), avšak generuje mikrovlnné záření. První maser sestavil Charles Townes, J. P. Gordon a H. J. Zeiger v roce 1953. Tento prototyp však nebyl schopný fungovat nepřetržitě.

V roce 1960Theodore H. Maiman v USA poprvé předvedl funkční laser. Jako aktivní prostředí použil krystal rubínu s využitím tří energetických hladin; laser proto mohl pracovat pouze v pulsním režimu.V roce 1963C. Kumar N. Patel vynalezl plynový CO2 laser.

Sovětští fyzici Nikolaj Basov a Alexandr Prochorov pracovali nezávisle na problému kvantového oscilátoru a vyřešili problém nepřetržitého výstupu záření tím, že použili více než dvě energetické hladiny a umožnili tím ustanovení populační inverze. V roce 1964 obdrželi Charles Townes, Nikolaj Basov a Alexandr Prochorov společně Nobelovu cenu za fyziku "za zásadní výzkum v oboru kvantové elektroniky, který vedl ke konstrukci oscilátorů a zesilovačů založených na principu maserů a laserů".

Aktivní prostředí je látka obsahující oddělené kvantové energetické hladiny elektronů; může se jednat o:

  • plyn nebo směs plynů, hovoříme pak o plynových laserech
  • monokrystal kde hladiny vznikají dopováním; takové lasery se nazývají pevnolátkové
  • polovodič s p-n přechodem v případě diodových laserů
  • organická barviva
  • polovodičové multivrstvy – jsou základem kvantových kaskádních laserů
  • volné elektrony v případě laserů na volných elektronech

Elektrony mohou přecházet z vyššího do nižšího stavu, při současném vyzáření fotonu, jedním z dvou mechanismů:

  • spontánní emise (foton se vyzáří samovolně)
  • stimulovaná emise (okopíruje se jiný foton procházející atomem).

Ke spontánní emisi dochází při nízkém stupni obsazení vyšší hladiny; pro spuštění stimulované emise ve větším měřítku (generace laserového záření) je třeba čerpáním dosáhnout tzv. populační inverze, kdy vyšší hladina je obsazena více elektrony než nižší.

Soubor:Laser DSC09088.JPG

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 0.00 (0x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře

 zatím nebyl vložen žádný komentář