Laserul

Laserul este un dispozitiv optic care generează un fascicul coerent de lumină. Fasciculele laser au mai multe proprietăţi care le diferenţiază de lumina incoerentă produsă de exemplu de Soare sau de becul cu incandescenţă: monocromaticitate direcţionalitate, intensitate.

La origine termenul laser este acronimul LASER format în limba engleză de la denumirea light amplification by stimulated emission of radiation (amplificare a luminii prin stimularea emisiei de radiaţie), denumire construită pe modelul termenului maser care înseamnă un dispozitiv similar, funcţionând în domeniul microundelor.

Scurt istoric

Principiile de funcţionare ale laserului au fost enunţate în 1916 de Albert Einstein, printr-o evaluare a consecinţelor legii radiaţiei a lui Max Planck şi introducerea conceptelor de emisie spontană şi emisie stimulată. Aceste rezultate teoretice au fost uitate însă pînă după cel de-al doilea război mondial.

În 1953 fizicianul american Charles Townes şi, independent, Nikolai Basov şi Aleksandr Prohorov din Uniunea Sovietică au reuşit să producă primul maser, un dispozitiv asemănător cu laserul, dar care emite microunde în loc de radiaţie laser, rezultat pentru care cei trei au fost răsplătiţi cu Premiul Nobel pentru Fizică în 1964.

Primul laser funcţional a fost construit de Theodore Maiman în 1960 şi 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 în 1960 folosind un amestec de heliu şi neon, care producea un fascicul cu lungimea de undă de 1,15 μm (infraroşul apropiat), spre deosebire de laserii actuali cu He-Ne care emit în general în domeniul vizibil, la 633 nm.

România a fost a patra ţară din lume în care s-au realizat laseri în urma unor cercetări întreprinse de un colectiv condus de Ion I. Agârbiceanu (fiul scriitorului Ion Agârbiceanu). Rezultatul lor a fost raportat în 1961.

Laserul clasic functioneaza dupa urmatorul principiu: odata radiat cu lumina de o anumita lungime de unda atomul trece intr-o stare metastabila. Dezexcitarea atomului aflat in starea respectiva produce fotoni care la randul lor pot excita atomii din jur.

Caracteristicile laserului

Intensitate În funcţie de tipul de laser şi de aplicaţia pentru care a fost construit, puterea transportată de fascicul poate fi foarte diferită. Astfel, dacă diodele laser folosite pentru citirea discurilor compacte este de ordinul a numai 5 mW, laserii cu CO2 folosiţi în aplicaţii industriale de tăiere a metalelor pot avea în mod curent între 100 W şi 3000 W

În mod experimental sau pentru aplicaţii speciale unele lasere ajung la puteri mult mai mari; cea mai mare putere raportată a fost în 1996 de 1,25 PW (petawatt, 1015 W).

Monocromaticitate Majoritatea laserelor au un spectru de emisie foarte îngust, ca urmare a modului lor de funcţionare, în care numărul mic de fotoni iniţiali este multiplicat prin „copiere” exactă, producand un număr mare de fotoni identici.

În anumite cazuri spectrul este atat de îngust (lungimea de undă este atat de bine determinată) încat fasciculul îşi păstrează relaţia de fază pe distanţe imense. Aceasta permite folosirea laserelor în metrologie pentru măsurarea distanţelor cu o precizie extrem de bună, prin interferometrie. Aceeaşi calitate permite folosirea acestor laseri în holografie.

Direcţionalitate În timp ce lumina unei surse obişnuite (bec cu incandescenţă, tub fluorescent, lumina de la Soare) cu greu poate fi transformată într-un fascicul paralel cu ajutorul unor sisteme optice de colimare, lumina laser este în general emisă de la bun început sub forma unui fascicul paralel.

Aceasta se explică prin acţiunea cavităţii optice rezonante de a selecta fotonii care se propagă paralel cu axa cavităţii. Astfel, în timp ce un reflector obişnuit de lumină, orientat de pe Pămînt spre Lună, luminează pe suprafaţa Lunii o suprafaţă de aproximativ 27.000 km în diametru, fasciculul unui laser nepretenţios cu heliu-neon luminează pe Lună o suprafaţă cu diametrul mai mic de 2km.

Folosind laseri mai performanţi şi avand la dispoziţie pe suprafaţa Lunii retroreflectoare (colţuri de cub, care reflectă lumina incidentă pe aceeaşi direcţie) a fost posibilă determinarea cu foarte mare precizie a distanţei de la Pămînt la Lună.

Pentru protecţia muncii, cei care folosesc lasere trebuie să ştie întotdeauna cu ce tip de laser au de a face. Din punctul de vedere al pericolului pe care îl reprezintă fasciculul laser asupra omului (în principal retina şi pielea), laserele sunt clasificaţe în patru clase:I(este cea mai sigura) II, IIIa, IIIb, IV(sunt laserele care nu sunt prevăzuţe cu nici o formă de protecţie optică).

Utilizare

Medicină: bisturiu cu laser, înlăturarea tatuajelor, stomatologie, oftalmologie, acupunctură

Înregistrarea şi redarea CD-urilor şi DVD-urilor

Microscopie

Spectroscopie

Industrie şi comerţ: prelucrări de metale si materiale textile, cititoare de coduri de bare, imprimare

Realizat de: Prof. Chilom Rodica