Laser

Laseruleste un dispozitivopticcare genereaz un fasciculcoerentdelumin. Fasciculele laser au mai multe proprieti care le difereniaz de lumina incoerent produs de exemplu deSoaresau debecul cu incandescen: monocromaticitate un spectru n general foarte ngust delungimi 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 termenullaseresteacronimulLASERformat nlimba englezde la denumirealight amplification by stimulated emission of radiation(amplificare a luminii prin stimularea emisiunii radiaiei), denumire construit pe modelul termenuluimasercare nseamn un dispozitiv similar, funcionnd n domeniulmicroundelor.nlimba romnforma de plural recomandat de dicionare estelasere; cercettorii implicai n acest domeniu prefer ns pluralullaseri.[1]IstoricPrincipiile de funcionare ale laserului au fost enunate n1916deAlbert Einstein, printr-o evaluare a consecinelor legii radiaiei a luiMax Plancki introducerea conceptelor deemisie spontaniemisie stimulat. Aceste rezultate teoretice au fost uitate ns pn dup cel de-al doilea rzboi mondial.n 1953 fizicianul americanCharles Townesi, independent,Nikolai BasoviAleksandr ProhorovdinUniunea Sovieticau reuit s produc primul maser, un dispozitiv asemntor cu laserul, dar care emite microunde n loc de radiaie laser, rezultat pentru care cei trei au fost rspltii cuPremiul Nobel pentru Fizicn1964.Primul laser funcional a fost construit deTheodore Maimann1960i avea ca mediu activ un cristal sintetic derubinpompat cu pulsuri deflash.Primul laser cu gaz a fost construit de fizicianuliranianAli Javann1960folosind un amestec deheliuineon, care producea un fascicul cu lungimea de und de 1,15 m (infraroulapropiat), spre deosebire de laserii actuali cu He-Ne care emit n general n domeniul vizibil, la 633nm.Primul laser romnescRomniaa fost a patra ar din lume n care s-au realizat laseri,[necesitcitare]n urma unor cercetri ntreprinse de un colectiv condus deIon I. Agrbiceanu(fiul scriitoruluiIon Agrbiceanu). Rezultatul lor a fost raportat n1961.Principiul funcionrii laseruluiLaserul este un dispozitiv complex ce utilizeaz unmediu activ laser, ce poate fisolid,lichidsaugazos, i ocavitate opticrezonant. Mediul activ, cu o compoziie i parametri determinai, primete energie din exterior prin ceea ce se numetepompare. Pomparea se poate realiza electric sau optic, folosind o surs de lumin (flash, alt laser etc.) i duce la excitarea atomilor din mediul activ, adic aducerea unora dinelectroniidinatomiimediului peniveluri de energiesuperioare. Fa de un mediu aflat nechilibru termic, acest mediu pompat ajunge s aib mai muli electroni pe strile de energie superioare, fenomen numitinversie de populaie. Un fascicul de lumin care trece prin acest mediu activat va fi amplificat prin dezexcitarea stimulat a atomilor, proces n care unfotoncare interacioneaz cu un atom excitat determin emisia unui nou foton, de aceeai direcie, lungime de und, faz i stare de polarizare. Astfel este posibil ca pornind de la un singur foton, generat prin emisie spontan, s se obin un fascicul cu un numr imens de fotoni, toi avnd aceleai caracteristici cu fotonul iniial. Acest fapt determin caracteristica de coeren a fasciculelor laser.Rolul cavitii optice rezonante, format de obicei din dou oglinzi concave aflate la capetele mediului activ, este acela de a selecta fotonii generai pe o anumit direcie (axa optica cavitii) i de a-i recircula numai pe acetia de ct mai multe ori prin mediul activ. Trecerea fotonilor prin mediul activ are ca efect dezexcitarea atomilor i deci micorarea factorului de amplificare optic a mediului. Se ajunge astfel la un echilibru activ, n care numrul atomilor excitai prin pompare este egal cu numrul atomilor dezexcitai prin emisie stimulat, punct n care laserul ajunge la o intensitate constant. Avnd n vedere c n mediul activ i n cavitatea optic exist pierderi prin absorbie, reflexie parial, mprtiere, difracie, exist un nivel minim, de prag, al energiei care trebuie furnizat mediului activ pentru a se obine efectul laser.n funcie de tipul mediului activ i de modul n care se realizeaz pomparea acestuia laserul poate funciona n und continu sau n impulsuri. Primul maser i primul laser funcionau n regim de impulsuri.Caracteristicile fasciculului laserIntensitaten funcie de tipul de laser i de aplicaia pentru care a fost construit, puterea transportat de fascicul poate fi foarte diferit. Astfel, dac diodele laser folosite pentru citireadiscurilor compacteeste de ordinul a numai 5mW, laserii cu CO2folosii n aplicaii industriale de tiere a metalelor pot avea n mod curent ntre 100 W i 6000 W. n mod experimental sau pentru aplicaii speciale unii laseri ajung la puteri mult mai mari; cea mai mare putere raportat a fost n1996de 1,25 PW (petawatt, 1015W).MonocromaticitateMajoritatea laserilor au un spectru de emisie foarte ngust, ca urmare a modului lor de funcionare, n care numrul mic defotoniiniiali este multiplicat prin copiere exact, producnd un numr mare de fotoni identici. n anumite cazuri spectrul este att de ngust (lungimea de und este att de bine determinat) nct fasciculul i pstreaz relaia de faz pe distane imense. Aceasta permite folosirea laserilor n metrologie pentru msurarea distanelor cu o precizie extrem de bun, prininterferometrie. Aceeai calitate permite folosirea acestor laseri nholografie.Direcionalitaten timp ce lumina unei surse obinuite (bec cu incandescen, tubfluorescent, lumina de laSoare) cu greu poate fi transformat ntr-un fascicul paralel cu ajutorul unor sisteme optice de colimare, lumina laser este n general emis de la bun nceput sub forma unui fascicul paralel. Aceasta se explic prin aciunea cavitii optice rezonante de a selecta fotonii care se propag paralel cu axa cavitii. Astfel, n timp ce un reflector obinuit de lumin, orientat de pePmntspreLun, lumineaz pe suprafaa Lunii o suprafa de aproximativ 27.000km n diametru, fasciculul unui laser nepretenios cu heliu-neon lumineaz pe Lun o suprafa cu diametrul mai mic de 2km. Folosind laseri mai performani i avnd la dispoziie pe suprafaa Lunii retroreflectoare (coluri de cub, care reflect lumina incident pe aceeai direcie) a fost posibil determinarea cu foarte mare precizie a distanei de la Pmnt la Lun.Msuri de securitatePentru protecia muncii, cei care folosesc laseri trebuie s tie ntotdeauna cu ce tip de laser au de a face. Din punctul de vedere al pericolului pe care l reprezint fasciculul laser asupra omului (n principalretinaipielea), laserii snt clasificai n patru clase. n prezent clasificarea laserilor nu se face la fel n toate rile, dar se fac pregtiri pentru ca aceste clase s fie definite la fel la nivel internaional. Lucrul cu laseri periculoi impune folosirea de ochelari de protecie, care absorb radiaia luminoas la lungimea de und a laserului folosit i permit vederea n celelalte regiuni ale spectrului.Clasa I este specific echipamentelor industriale care au zona de acionare a fascicolului laser acoperit n totalitate, deci nu exist posibilitatea apariiei unor reflexii nedorite. Aceast clas de laseri este cea mai sigur i nu necesit din partea operatorilor umani care deservesc echipamentul laser s poarte echipament de protecie optic (ochelari speciali sau masc).Clasa IIClasa IIIaClasa IIIbClasa IV - sunt laseri care nu sunt prevzui cu nici o form de protecie optic, fiind echipamente care pot fi uor adaptate oricrui tip de prelucrri industriale. Identificarea unor astfel de echipamente laser se poate reliza privind eticheta lipit pe camera rezonant pe care este inscripionat cuvntul OEM, alturi de care se regsete cuvntul CLASS IV.Utilizare1. Metrologie2. Holografie3. Geologie,seismologieifizica atmosferei4. Spectroscopie5. Fotochimie6. Fuziune nuclear7. Microscopie8. Aplicaii militare9. Medicin: bisturiu cu laser, nlturarea tatuajelor, stomatologie, oftalmologie, acupunctur10. Industrieicomer: prelucrri de metale si materiale textile, cititoare de coduri de bare, imprimare11. Aplicatii industriale:sudarea cu laser,tierea cu laser,gravarea cu laser,marcare cu laser,crestarea cu laser,sinterizarea selectiv cu laser,sinterizarea prin scnteie cu laser.12. Comunicaiiprinfibr optic13. nregistrarea i redareaCD-urilor iDVD-urilor