LASER (wzmacnianie swiatla przez wymuszona emisje promieniowania)
urzadzenie do wytwarzania spójnej wiazki silnego promieniowania elektromagnetycznego w zakresie od nadfioletu do dalekiej podczerwieni z wykorzystaniem wymuszonej emisji promieniowania . Istota pracy l. polega na tym, ze odpowiednio duza liczba atomów lub czasteczek tzw. osrodka czynnego (ciala roboczego) zostaje wzbudzona w wyniku absorpcji energii pochodzacej z zewn. zródla, tzw. pompy, i przechodzi na wyzszy poziom energetyczny . Czynnosc przekazywania czastkom energii z zewnatrz (pompowanie) jest powtarzana do chwili, gdy liczba atomów lub czastek na wyzszym poziomie energetycznym przewyzszy liczbe tych, które znajduja sie na poziomie nizszym (stan ten nosi nazwe inwersji lub inaczej odwrócenia obsadzenia). Po jego osiagnieciu fotony promieniowania spontanicznego, tj. powstajacego w wyniku emisji zwiazanej z samoczynnym powrotem niektórych atomów lub czasteczek do nizszego poziomu energetycznego, wywoluja silna emisje wymuszona w postaci promieniowania elektromagnetycznego o jednakowej czestotliwosci (monochromatycznego). Aby zwiekszyc natezenie uzyskanego promieniowania stosuje sie sprzê¿enie zwrotne , tzn. wieksza czesc fotonów promieniowania wymuszonego i pierwotnego "zamyka sie" za pomoca tzw. rezonatora w ukladzie ciala roboczego, gdzie powoduja one kolejne akty emisji wymuszonej, co prowadzi w efekcie do lawinowego mnozenia fotonów, zjawiska zw. akcja lawinowa. Typowy rezonator jest precyzyjnym ukladem równoleglych zwierciadel umieszczonych na obu koncach ciala roboczego, odbijajacych wielokrotnie fotony poruszajace sie równolegle do osi ciala; jedno ze zwierciadel, czesciowo przepuszczajace fotony (np. odbijajace "tylko" 99% swiatla), stanowi "okno wyjsciowe", którym wyprowadzana jest wiazka swiatla laserowego. Uzyskane swiatlo charakteryzuje sie bardzo wysoka spójnoœci¹ , a jego wiazka jest niemal równolegla (kat rozbieznosci zmniejszony nawet do 10-5 radianów ), a przez to bardzo silnie skoncentrowana. Istotny wplyw na wlasnosci swiatla laserowego ma substancja ciala roboczego, w którym zachodzi akcja laserowa; w jej sklad wchodza najczesciej dwa skladniki: osnowa i rozpuszczone w niej atomy (jony ), stanowiace do kilkunastu procent osnowy, bedace zródlem promieniowania laserowego i decydujace o jego dlugosci. Wg sposobu emisji l. dziela sie na te o dzialaniu ciaglym i o dzialaniu impulsowym; gl. podzial laserów, dokonany wg rodzaju osr. czynnego, obejmuje: L. NA CIELE STALYM w postaci krysztalu dielektryka lub szk³a optycznego , w których czastkami wzbudzanymi sa zwykle jony pierwiastków z grupy ziem rzadkich lub jony metali przejœciowych , a jako pompy stosowane sa zródla swiatla o duzej mocy; L. GAZOWE z osr. czynnym w postaci gazu, pary lub ich mieszaniny, w których czastkami wzbudzanymi sa atomy tych gazów lub par, zas efekt "pompowania" uzyskuje sie przy pomocy wy³adowañ elektrycznych w gazie roboczym; L. CIECZOWE, w których wzbudzeniu podlegaja czasteczki cieczy "pompowane" optycznie; L. PÓLPRZEWODNIKOWE z osr. czynnym w postaci krysztalu pólprzewodnika (arsenek galu lub jego stop), z "pompowaniem" polegajacym na wprowadzaniu ("wstrzykiwaniu") przez zlacze p-n do wnetrza krysztalu nosników ladunku pradu elektr. (elektrony i dziury). Najczesciej stosowanymi laserami na cialach stalych sa: L. RUBINOWY bazujacy na syntetycznym monokrysztale Al2O3 domieszkiwanym jonami Cr3+ stanowiacymi wlasciwy osr. czynny i "pompowanymi" optycznie za pomoca lampy b³yskowej (np. ksenonowej); praca takiego l. ma charakter impulsowy, dl. fali swietlnej 0,694 µm, moc impulsu 103-109 W; L. NEODYMOWY z osr. czynnym w postaci jonów neodymu (Nd3+) stanowiacych domieszke w szkle optycznym lub krysztale granatu itrowo-glinowego, dl. fali 1,06 µm, moc impulsu 107-1015 W. Wsród l. gazowych wyróznia sie: L. ATOMOWE, w których wzbudzeniu podlegaja atomy gazów szlachetnych - w najpopularniejszym: mieszanina helowo-neonowa (praca ciagla, moc rzedu dziesiatych W); L. JONOWE, w których cialem roboczym jest plazma powstajaca w wyniku zjonizowania gazów szlachetnych lub pary metali, np. Cd, Zn, Pb, Sn, Cu, Hg itp.; L. CZASTECZKOWE, w których do emisji pobudzane sa czasteczki gazów, np. CO2 (promieniowanie podczerwone mocy rzedu GW), N2 (promieniowanie nadfioletowe) lub CO. Szczególnym rodzajem l. gazowego jest L. EKSCIMEROWY, w którym osrodkiem aktywnym jest gaz ekscimerowy, tj. gaz o czasteczkach mogacych istniec jedynie w stanie wzbudzonym (stala inwersja); jest to l. o duzej mocy promieniowania. Do l. cieczowych nalezy L. BARWNIKOWY z osr. czynnym w postaci roztworu barwników org. silnie fluoryzujacych, umozliwiajacych - dzieki szerokim poziomom energetycznym - ciagla zmiane dl. fali swiatla laserowego w granicach 0,35-1,3 µm; do "pompowania" stosuje sie zwykle swiatlo z lasera np. ekscimerowego. Poza przestrajalnoscia dl. fali l.b. wyróznia sie mozliwoscia uzyskania bardzo duzej mocy impulsów (ok. setek MW) lub szeregu bardzo krótkich impulsów. L. znajduja wielorakie zastosowania: w lacznosci naziemnej, satelitarnej i kosmicznej, w radiolokacji , w miernictwie i kontroli (m.in. do bardzo precyzyjnych pomiarów, wytyczania chodników w kopalniach, torów wodnych w portach, polozenia elementów skomplikowanych obiektów), w medycynie i biologii (m.in. chirurgia i terapia laserowa), w technice wojskowej (m.in. naprowadzanie lub niszczenie pocisków rakietowych), w technologii (m.in. do topienia metali, wycinania bardzo malych otworów, otrzymywania wysokotemperaturowej plazmy, sterowania maszynami), w technice obliczeniowej, w astronomii, w holografii, w fotografii, w sejsmografii, w zapisie i odtwarzaniu dzwieków i obrazów oraz w wielu innych dziedzinach. Pierwszy l. na ciele stalym (rubinowy) zbudowano 1960, a pierwszy l. gazowy (helowo-neonowy) 1961.
