Laser
Laser patrí medzi mladšie vynálezy 20. storočia. Ale aj tak mu je tento rok už 42 rokov, stal sa neoddeliteľnou súčasťou nášho života.
Slovo samé je skratkou anglického výrazu "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", čo sa prekladá ako "zosilenie svetla pomocou vynútenej (stimulovanej) emisie žiarenia". Slovenský výraz pre laser je "kvantový generátor svetla". Z názvu je zrejmé, že laser je zariadenie, ktoré vydáva svetlo. Od bežného svetla (napr. svetla žiarovky) sa však líši tím, že je monochromatické (jednofarebné), koherentné (usporiadané) a má malou divergenciu (rozbiehavosť). Energiu môžeme dodávať rôznym spôsobom, napríklad opticky (svetlom výbojky), chemicky, elektricky atd. Vzhľadom samotných laserov je veľmi rôznorodý. Záleží hlavne na druhu laseru, na jeho konštrukcie a v neposlednej rade na jeho použitiu. Koherentné svetlo má jedinú frekvenciu a fázu a ide ju prirovnať k pochodujúcemu vojenskému útvaru, zatiaľ nekoherentné svetlo k davu ľudí pohybujúcich sa chaoticky po ulici. Činnosť laseru je založená na princípe indukovanej emisie, ktorú Albert Einstein predpovedal už v roku 1916. Talentovaný anglický fyzik Paul Adrien Maurice Dirac spravil koncom 20. rokov ešte detailnejšiu matematickú analýzu kvantovej teórie žiarenia a ďalej rozvinul Einsteinove myšlienky. Avšak až v roku 1958 spravil Charles Hard Towens (neskorší nositeľ Nobelovej ceny za fyziku) sa so svojimi spolupracovníkmi správne výpočty, ktoré umožnili tuto myšlienku realizovať. Koncom roku 1959 sa začala pozornosť vedcov obracať k rubínu, jednému z najušľachtilejších drahých kameňov. Vedci však zaujímalo to, že rubín javí fotoluminiscenciu. V lete roku 1960 americký fyzik T. Maiman vyleštil koncové steny kryštálu umelého rubínu a opatril ju vrstvičkou striebra (vo funkcii zrkadla). Po ožiarení kryštálu zeleným svetlom prenikol jedným zo zrkadiel červený lúč laserového svetla. Maiman sa tak stal tvorcom prvého laseru.
Stimulovaná emisia
Predstavme si atóm, ktorý má iba dve energetické hladiny (dvojhladinový systém) a môže prechádzať z jednej hladiny na druhú za súčasného pohltenia alebo vyžiarenie kvanta elektromagnetického žiarenia. V prvom prípade máme atóm na hornej energetickej hladine. V niektorom okamžiku, ktorý nejde vopred určiť, opustí atóm hornú hladinu a prejde na hladinu spodnú. Zároveň vyžiari kvantum energie, hovoríme o spontánnej emisie. V ďalších dvoch prípadoch dopadá na atóm kvantum elektromagnetického žiarenia.

Ak ho zastihne na spodnej energetickej hladine, môže byť atómom pohltený a atóm preskočí na hornú hladinu, hovoríme o absorbovaní. Ak stretne sa žiarenie s atómom na hornej hladine, môže ho donútiť vyžiariť ďalší kvantum energie a prejsť na spodnú hladinu, hovoríme o indukovanej emisie.

Dnes môžeme lasery rozdeliť do rôznych kategórií. Podľa materiálu, z ktorého môže byť získaný laserový efekt delíme na:
o tuhé
o kvapalné
o plynné
o lasery využívajúce zväzky nabitých častíc.

Podľa čerpania energie môžeme lasery rozdeliť na:
o opticky (výbojkou, iným laserom, slnečným svetlom a rádioaktívnym zariadeným)
o elektricky (zrážkami v elektrickom výboji, zväzkom nabitých častíc, injektážou elektrónov, interakcií elektromagnetického pole sa zhluky nabitých častíc)
o chemicky (energií chemickej väzby, fotochemickou disociaciou, výmenou energie medzi molekulami a atómmi)
o termodynamicky (zahriatím a schladením plynu)
o jadernou energií (reaktorom, jadrovým výbuchom)

Lasery môžeme deliť tiež podľa vyžarovanej vlnovej dĺžke na:
o infračervené
o lasery v oblasti viditeľného svetla
o ultrafialové
o röntgenové

Konečne môžeme lasery deliť podľa použitia na:
o výskumné
o merací
o lekárske
o technologické
o energetické
o vojenské
Lasery využívajúce pevné látky
Do tejto skupiny patria lasery využívajúce rozptýlené ionty v kryštalických nebo amorfných látkach, polovodičové lasery a lasery s kryštálmi s farebnými centrami.
Najstarším laserom je laser rubínový. Ako aktívne prostredie je použitý kryštál korundu (Al2O3) s prímesami chrómu (rádové desatiny percenta), ktorý predstavuje aktívnu látku. Laser vyžaruje červené svetlo s vlnovou dĺžkou 0,6943 mikrometru a pohlcuje energiu svetla výbojky (kratšej vlnovej dĺžky, zelenú časť spektra). Skôr sa používali výbojky tvaru závitnice, ktorá ovíjala kryštál. Výroba takejto výbojky ale činia problémy, preto sa prešlo na lasery s eliptickými zrkadlami. Svetlo vydávané výbojkou umiestnenou v jednom ohnisku sa sústreďuje v druhom ohnisku, kde je umiestený kryštál. Je to laser trojhladinový pracujúci v impulznom režime. Impulzní režim je nutný, pretože sa kryštál pri čerpaní energie silne zahrieva.
Najrozšírenejšie sú lasery s neodymovým sklom, kde sú ionty neodymu rozptýlené v sklenenej matrici a lasery YAG s kryštálom yttrio - hlinitého granátu dotovaného neodymem. Neodymové sklo môže byť vyrábané v prakticky neobmedzených rozmeroch a dosahovať tak veľkou laserovou energiu. Atómy neodymu pracujú ako štvorhladinový systém. Laser vyžaruje infračervený lúč o veľkej energii.

Pokiaľ ide o YAG laser, vyznačuje sa vysokou účinnosťou, stačí ho osvetliť obyčajnou žiarovkou a môže vydávať spojité svetlo o výkonu stovky wattov. V poslednej dobe sa osvedčuje aj takzvané YAP lasery s kryštálom yttrio - hlinitého perovskitu.

Lasery kvapalinové
Kvapalinové lasery pracujúce s cheláty rôznych prvkov vzácnych zemín sa objavili už v roku 1963. Výhodou je, že môžu zaberať neobmedzene veľký objem a sú dokonale homogénne. Nevýhodou ale je, že sa chemicky rozkladajú.
Dôležitou skupinou sú však najme farebné lasery, ktoré využívajú roztokov rôznych organických látok, napríklad rhodaminu. K týmto kvapalinovým laserom patria i lasery na farebných centrách, kryštáloch s rôznymi defekty vyvolávajúce absorpciu na rôznofarebných spektrálnych čiarach (kryštál KCl s príměsí lithia). Farebné lasery a lasery na farebných centrách majú spoločnú vlastnosť, ktorá ich predurčuje k použitiu v spektroskopii a v informačnej technike. Sú preladiteľné a vlnovú dĺžku laserového žiarenia ide u nich plynule menit.
Lasery plynné
Z plynových laserov sa stal najznámejší laser hélium - neónový generujúci jak červené (na vlne 0,6328 mikrometru), tak infračervené žiarenie. Hélium- neónový laser tvorí dlhá sklenená trubica naplnená zmesou neónu a hélia, v nej sa budí elektrický výboj na vysokom kmitočte najčastejšie vonkajšími elektródami. Konce trubíc bývajú skosené pod Brewsterovým uhlom a celá trubice je umiestená medzi zrkadlami vonkajšieho rezonátora. Ako aktívny plyn pôsobí neón. Lúč má vysokú stabilitu kmitočtu (vyššiu než u maseru) a malou rozbiehavosť. To predurčuje hélium- neónový laser k funkcii presných hodín, presného diaľkomeru a k účelom telekomunikačným a geodetickým.

CO2 laseri a rezanie s nimi

Čo sa týka kvality zväzku nie je o čom pochybovať. Rozloženie energie je možné názorne pozorovať na nasledujúcich obrázkoch. Kužeľ, ktorý vypaľuje tento laser do plastu je pomerne symetrický. Interakcia nefokusovaného zväzku prebiehala po dobu asi desiatich sekúnd zo vzdialenosti 20cm od výstupného zrkadla.

Pri práci s lasermi si vždy dávajte pozor na svoj zrak. Chráňte si ho vhodnými ochrannými prostriedkami. V prípade CO2 (10,6µm) to nieje vôbec ťažké. Stačí ak použijete ľubovolné okuliare s kremenným alebo plastovým sklom. Žiarenie CO2 laseru je silno absorbované týmito materiálmy. Nikdy sa však nepozerajte priamo do výstupného zrkadla laseru. Ak by ste priamo ožiarili sklenené okuliare, mohlo by dôjsť k ich popraskaniu a úrazu by ste sa asi nevyhli.

Plast má výhodu, že sa Vám pred očami začne rozrušovať, čo Vás okamžite vedie k reflexu odtiahnuť hlavu z nebezpečného miesta.
Lasery využívajúce zväzky nabitých častíc
Tieto lasery nepracujú na kvantových prechodoch, ale využívajú synchronizované oscilovanie častíc. Boli vytvorené lasery so zväzkami rýchlych elektrónov, takzvané FEL lasery - skratka z free electron lasers, lasery na volných elektrónoch, prípadne iných nabitých častíc. Takéto lasery majú tesnú náväznosť na urychľovače.

Každý z týchto laserov našiel uplatnenie v inej oblasti ľudskej činnosti. Nie každý laser sa hodí pre každý účel.
Väčšina laserov s ktorými sa bežne stretávame, sú laseri malého výkonu pracujúce kontinuálne (spojite, nepretržite). Od bežných laserových ukazovatiek, cez laserové tlačiarne, kopírky alebo CD-ROM mechaniky až k laserovým efektom známym z rockových koncertov. Taktiež pri prenose informácii sa používajú lasery pracujúce v nepretržitom režime. Ďalej sa lasery používajú pri meraní vzdialeností, pri operácii očí (odstránenie či zmenšení krátkozrakosti) apod.
Pri zvarení, rezaní, vŕtaní či chirurgii je určujúci charakteristikou výkon laseru, preto sa
tu uplatňujú impulzné lasery. Výkon laseru totiž taktiež závisí na dĺžke laserového impulzu, a tak čím bude impulz kratší, tím väčší bude výkon. Skracovanie dĺžky impulzu viedlo až k niekoľkým nanosekundám, čím sa docieli výkonu zrovnateľného s malými elektrárňami.
Bohužiaľ si laser našiel veľmi rýchlo cestu i v vojenskej oblasti (navadenie strel a bômb) a špionáži (laserový mikrofón).
Aj preto, že človek pri konštrukcii laseru zvládol mnoho, čo sa týka energetickej účinnosti, prírodu - podobne ako v iných oblastiach - sa mu prekonať nepodarilo, lebo zatiaľ čo v žiarovke sa menia len necelé 3% elektrické energie na svetlo, u žiariviek niečo okolo 10 - 15% a u laseru okolo 20%, "obyčajná" svätojánska muška dokáže premeniť svoju biochemickou energiu na svetlo takmer na 100%. V tomto ohľade prekonáva príroda všetko, čo sa zatiaľ podarilo človeku dosiahnuť. Požitá literatúra:
www.obor.sk
www.scanav.sk/ltiuvod.htm
www.hyperlink.cz/tks/laser.htm.

	Tento článok bol vytlačený zo stránky https://referaty.centrum.sk