scurt istoricAlbert Einstein este cel care a relatat teoria emisiilor stimulate in anul 1917. Acesta a spus ca este posibil sa se produca o raza de lumina care sa emita energie. Prin propagarea razelor de lumina cu o frecventa potrivita, ar putea fi directionate catre atomi pentru a produce energie.

In 1958, Charles Townes si Arthur Schawlow au dezvoltat un dispozitiv numit maser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation Amplificarea Microundelor prin Stimularea Emisiilor de Radiatie). Nu era un laser, dar dezvoltarea maserului a fost cruciala pentru istoria laserului. Maserul era folosit pentru a intari semnalele radio si pentru cercetarile astornautice.

Desi Charles Townes este primul care a folosit cuvantul laser in 1957, Theodore Maiman a fost cel care a inventat primul laser cu rubin. Townes sustinea ca a inventase deja laserul optic in 1957, dar nu a reusit sa-si patenteze creatia pana in anul 1977, astfel Maiman ramane primul om care a inventat un laser functional.

In anul 1960, Ali Javan a inventat laserul cu gaz, folosind un amestec de heliu si neon. Era pentru prima data in istoria laserului cand energia electrica era transformata in laser. A urmat inventia laserului semiconductor al lui Robert Hall in anul 1962. Doi ani mai tarziu, Kumar Patel a realizat laserul cu dioxid de carbon, iar Hal Walker a urmat cu inventia telemetriei laserului.

Doctorul Steven Trokel a inventat laserul Excimer in anii 1970. In prima faza, a fost folosit in computere, dar in 1982, echipa acestuia a descoperit potentialul de a trata ochii. In 1987 a avut loc prima operatie oftalmologica cu laser. De atunci, tratamentul oftalmologic cu laser a devenit foarte comun.

Istoria laserului dupa anii 1960 a fost marcata de imbunatatiri tehnologice, noi inventii si astfel crescand aplicabilitatea laserului in tot mai multe domenii. Pe langa tratamentele la ochi, laserul a inceput sa fie folosit si in alte industrii. Practic, toate formele de dispozitive electronice folosesc laserul intr-un fel sau altul. Este folosit in facilitatile medicale si in cercetarile stiintifice. Laserele sunt folosite pentru a produce spectacole de lumini la concerte si in cluburi, la imprimante, in stomatologie, in proceduri chirurgicale, in sudura si la sistemele de ghidaj pentru rachete. Lista continua cu nenumarate aplicatii in majoritatea domenilor.

Cand a fost inventat, cercetatorii se intrebau la ce se putea folosi laserul. Dupa cum arata istoria, laserul a devenit o parte nepretuita a societatii moderne.

structura unica laseruluiLaserul este un dispozitiv optic care genereaz un fascicul coerent de lumin. Fasciculele laser au mai multe proprieti care le difereniaz de lumina incoerent produs de exemplu de Soare sau de becul cu incandescen:

monocromaticitate un spectru n general foarte ngust de lungimi de und;direcionalitate proprietatea de a se propaga pe distane mari cu o divergen foarte mic i, ca urmare, capacitatea de a fi focalizate pe o arie foarte mic;intensitate unii laseri sunt suficient de puternici pentru a fi folosii la tierea metalelor.La origine termenul laser este acronimul LASER format n limba englez de la denumirea light amplification by stimulated emission of radiation (amplificare a luminii prin stimularea emisiunii radiaiei), denumire construit pe modelul termenului maser care nseamn un dispozitiv similar, funcionnd n domeniul microundelor.

n limba romn forma de plural recomandat de dicionare este lasere; cercettorii implicai n acest domeniu prefer ns pluralul laseri.

clasificarea laseruluiBazate pe tipurile de mediu utilizate, laserele sunt clasificate general in lasere solide, gazoase, semiconductoare sau lichide.Lasere solidesolid.jpgCele mai obisnuite lasere solide au ca mediu rubinul sau cristale sau sticle de nedimuim. Marginile bucatilor de cristale sunt fabricate in doua suprafete paralele acoperite cu o pelicula neferoasa extrem de reflectorizanta. Laserele solide ofera cea mai mare putere. Ele sunt utilizate in mod normal intr-o maniera pulsata pentru a genera o explozie de lumina de scurta durata. Explozii de 10-15 secunde au fost realizate, fiind utile in studiul fenomenelor de scurta durata. Absortia este realizata cu lumina din tuburi de xenon, lampi cu arc sau lampi. Freonanta lor a fost marita de la infrarosu la ultraviolet marind frecventa originala cu dihidrogen de fosfat potasic, si raze X au fost realizate trimitand unde pe o bucata de ytrium.Lasere cu gazgas3.jpggaz_laser.jpgMediul unui laser cu gaz poate fi un gaz pur, un amestec de gaze sau chiar vapori de metal si este intalnit adeseori in neoane sau cuarturi.

Doua oglinzi sunt localizate la capetele tuburilor pentru a realiza mediul. Laserele cu gaz sunt actionate cu lumina ultravioleta, raze electronice, curent electric sau reactii chimice. Laserul heliu-neon este cunoscut pentru stabilitatea frecventei, puritatea culorii si imprastierea razei fiind minima. Laserele cu dioxid de carbon sunt foarte eficiente si de aceea ele au cea mai puternica raza.

Laserele cu semiconductorisemicond.jpg

Cel mai compact dintre lasere, laserul cu semiconductori consta in general dintr-un amestec de semiconductori cu proprietati de conducere a curentului diferiti. Cavitatea laserului este marginita de doua placi reflectorizante. Arsenidul de galiu este cel mai folosit semiconductor. Laserele cu semiconductori sunt actionate de aplicarea de curent electric asupra conductorului si pot fi utilizate in modul CWC , cu peste 50% eficienta. O metoda care permite utilizarea mai eficienta a energiei a fost recent descoperita si consta in montarea a unor mici lasere in circuite cu o densitate mai mare de un milion pe centimetru patrat.Utilizarile comune ale laserului cu semiconductor sunt CD-playerele si imprimantele cu laser .

Laserele cu electroni liberielctron.jpgelectron_laserr.jpg

Laserele utilizand electroni neatasati atomilor sunt actionate pana la o anumita capacitate de cativa magneti, fiind descoperite in 1977 si devenind instrumente foarte importante in stiinta. Ele sunt reglabile, si, teoretic, un numar mic poate acoperii tot spectrul razelor infrarosii pana la razele X. Lasere cu electroni liberi trebuie sa devina capabile pentru a produce radiatii foarte puternice, care sunt acum prea scumpe.

principiu de functionare a laseruluiLaserul 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 n 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 n 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 avnd aceleasi caracteristici cu fotonul initial. Acest fapt determina caracteristica de coerenta a fasciculelor laser.

3.JPGRolul 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 ct 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, n care numarul atomilor excitati prin pompare este egal cu numarul atomilor dezexcitati prin emisie stimulata, punct n care laserul ajunge la o intensitate constanta. Avnd n vedere ca n mediul activ si n cavitatea optica exista pierderi prin absorbtie, reflexie partiala, mprastiere, difractie, exista un nivel minim, de prag, al energiei care trebuie furnizata mediului activ pentru a se obtine efectul laser.

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

proprietatile laseruluia)COERENTA SPATIALA.Considerand doua raze provenite din doua puncte diferite ale unei surse luminoase, daca acestea pot interfera(prin suprapunerea lor obtinandu-se franje de interferenta), cele doua radiatii sunt coerente.Cele doua puncte de pe suprafata sursei se pot afla la o distanta mai mica sau mai mare, aceasta caracterizand proprietatea de coerenta spatiala.Laserul are aceasta proprietate. b)COERENTA TEMPORALA.Daca radiatia emisa la un moment dat de un anumit punct al sursei poate interfera cu radiatia emisa la un moment ulterior de acelasi punct al sursei, cele doua radiatii sunt coerente in timp.Unda laser prezinta aceasta proprietete. c)INTENSITATEA LUMINOASA foarte mare care se poate obtine cu ajutorul laserului este o consecinta a proprietatii de coerenta spatiala.Toata energia emisa de un tub cu descarcare de mare lungime, care in mod normal, ar fi dispersata in toate directiile din spatiu, este concentrata intr-un fascicol de mica sectiune si unghi solid foarte mic. d)PULSURI ULTRASCURTE.Lumina laser permite sa se obtina pulsuri cu durate de ordinul a 10-12-10-13s. Aceasta este o consecinta a coerentei radiatiei laser. Functionarea laserului pentru a obtine aceste pulsuri ultrascurte este o functionare in regim de sincronizare a modurilor.

domeniile de utilizareAplicatiile laserului sunt ingradite numai de imaginatie. Laserele au devenit instrumente importante in industrie, stiinta, comunicatii, medicina, armata si arte.

Industrialaser.jpg

Razele puternice ale laserelor pot fi orientate pe mici puncte, avand o densitate ridicata a puterii. Astfel, razele pot incalzi, topi sau vaporiza materialul intr-o maniera precisa. Laserele au fost folosite de exemplu pentru a gauri diamante, pentru a slefui metale, in constructia chip-urilor si in incercarea de a induce fusiunea nucleara controlata. Laserele sunt folosite in monitorizarea particulelor foarte mici, fiind si cele mai fine detectoare ale poluarii aerului. Laserele au fost folosite in determinarea precisa a distantei Pamant-Luna si in testele de relativitate.

Stiinta1970_First_cw_semiconductor_laser_Hayashi_and_Panish.jpg

Deoarece lumina laserelor este monocromatica si foarte bine directionabila, ele sunt folosite in studiul molecular al materiei. Cu laserele viteza luminii a fost determinata cu o acuratete foarte mare, iar existenta unor materiale foarte fine poate fi usor determinata.

Comunicatii

Lumina laserului poate parcurge o distanta foarte mare fara a-si pierde din rezistenta semnalului. Din cauza frecventei sale, lumina laserului poate transimite de exemplu, de 1000 de ori mai multe canale de televiziune decat cele transmise de microunde. Au fost create fibre optice capabile de a transmise laserul in industria telefonica sau cea a computerelor. Laserele sunt utilizate de asemenea in industria CD-urilor.

Medicinalaser.gif

O raza intensa de laser poate taia sau cauteriza anumite tesuturi, fara a le afecta pe cele sanatoase. Au fost folosite in tratarea retinei si in cauterizarea vaselor de sange rupte. Tehnicile pe baza laserului au fost utilizate pentru teste de laborator pe mici monstre biologice.

Armataarmy_laser.jpg

Sistemele de ghidare a rachetelor, a navelor si a satelitilor au in mod obisnuit la baza laserul. Utilizarea undelor laser au fost folosite in distrugerea rachetelor dusmane de catre sisitemul defensiv al lui Rnald Regan din 1983. Abilitatea reglarii laserelor poate deschide noi perspective in separarea izotopilor in constructia de arme nucleare.