Laser — definícia, princíp fungovania a použitie

Laser vytvára svetlo špeciálnymi činnosťami s použitím materiálu nazývaného "optické zosilňovacie médium". Energia sa do tohto materiálu vkladá pomocou "energetickej pumpy". Môže to byť elektrina, iný zdroj svetla alebo iný zdroj energie. Energia spôsobí, že materiál prejde do tzv. excitovaného stavu. To znamená, že elektróny v materiáli majú dodatočnú energiu a po určitom čase ju stratia. Keď stratia energiu, uvoľnia fotón (časticu svetla). Typ použitého optického zosilňovacieho média zmení farbu (vlnovú dĺžku), ktorá sa vytvorí. Uvoľňovanie fotónov je "stimulovaná emisia žiarenia", ktorá je súčasťou lasera.

Mnohé veci môžu vyžarovať svetlo, napríklad žiarovka, ale svetlo sa neorganizuje v jednom smere a fáze. Použitím elektrického poľa na riadenie spôsobu vytvárania svetla bude teraz toto svetlo jedného druhu a bude smerovať jedným smerom. Ide o "koherentné žiarenie".

V tejto chvíli je svetlo stále slabé. Zrkadlá na oboch stranách odrážajú svetlo tam a späť, ktoré dopadá na iné časti optického zosilňovacieho média, čím sa z týchto častí uvoľňujú fotóny a vytvára sa viac svetla ("zosilnenie svetla"). Keď celé optické zosilňovacie médium produkuje svetlo, nazýva sa to nasýtenie a vytvára sa veľmi silný svetelný lúč s veľmi úzkou vlnovou dĺžkou, ktorý by sme nazvali laserový lúč.

Svetlo sa pohybuje prostredím medzi dvoma zrkadlami, ktoré ho odrážajú tam a späť. Jedno zo zrkadiel však odráža svetlo len čiastočne, takže časť svetla uniká. Unikajúce svetlo tvorí laserový lúč.

Ide o jednoduchú konštrukciu; typ použitého optického zosilňovacieho média zvyčajne určuje typ lasera. Môže to byť kryštál, príkladom je rubín a kryštál granátu vyrobený z ytria a hliníka s prímesou kovu vzácnej zeminy. Pre laser sa môžu použiť plyny pomocou hélia, dusíka, oxidu uhličitého, neónu alebo iných. Veľké a výkonné lasery sú zvyčajne plynové lasery. Laser na voľných elektrónoch využíva lúč elektrónov a dá sa nastaviť tak, aby vyžaroval rôzne farby. A napokon najmenšie lasery používajú na výrobu svetla polovodičové diódy. Ide o najpočetnejší druh, ktorý sa používa v elektronike.

Albert Einstein bol prvý, kto prišiel na myšlienku stimulovanej emisie, ktorá by mohla vytvoriť laser. Od tohto momentu uplynulo mnoho rokov, kým sa zistilo, či táto myšlienka funguje. Najprv sa ľuďom podarilo vyrobiť masery a neskôr prišli na to, ako vyrobiť kratšie viditeľné vlnové dĺžky. Až v roku 1959 Gordon Gould vo svojej výskumnej práci použil názov laser. Prvý funkčný laser zostavil a prevádzkoval Theodore Maiman v Hughesových výskumných laboratóriách v roku 1960. V tom čase začalo na laseroch pracovať mnoho ľudí a o tom, kto získa patent na laser, sa rozhodlo až v roku 1987 (práva získal Gould).

Lasery našli mnoho využití v každodennom živote, ako aj v priemysle. Lasery sa nachádzajú v prehrávačoch CD a DVD, kde čítajú kód z disku, na ktorom je uložená skladba alebo film. Laser sa často používa na čítanie čiarových kódov alebo kódov SQR na veciach predávaných v obchode, na identifikáciu výrobku a uvedenie jeho ceny. Lasery sa používajú v medicíne, najmä pri operácii očí LASIK, kde sa laser používa na opravu tvaru rohovky. V chémii sa používa v spektroskopii na identifikáciu materiálov, aby sa zistilo, z akých plynov, pevných látok alebo kvapalín sa niečo skladá. Silnejšie lasery sa môžu používať na rezanie kovov.

Lasery sa používajú na meranie vzdialenosti Mesiaca od Zeme pomocou odrazu od reflektorov, ktoré zostali po misiách Apollo. Meraním času, ktorý svetlo potrebuje na cestu na Mesiac a späť, môžeme presne zistiť, ako ďaleko je Mesiac.

Laserové ukazovatele používajú ľudia na ukazovanie na miesto na mape alebo na diagrame. Používajú ich napríklad prednášajúci. Mnohí ľudia sa tiež radi hrajú s laserovými ukazovátkami. Niektorí ľudia nimi ukazujú na lietadlá. Je to nebezpečné a v mnohých krajinách je to aj nezákonné. Ľudia boli za tento čin zatknutí a stíhaní.

V počítačoch sa ako vstupné zariadenie bežne používa optická počítačová myš. Moderné laserové ukazovátka sú na toto použitie príliš veľké a výkonné, takže väčšina myší používa na tento účel malé lasery VCSEL alebo "lasery s vertikálnou dutinou vyžarujúcou povrch". Tieto lasery sa používajú aj v mechanikách DVD, CD-ROM a v holografii.