LASER är en akronym för "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" (Ljusförstärkning genom stimulerad emission av strålning) och en teknik för att generera en höggradigt koncenterad monokromatisk ljusstråle. Riktigt bra lasrar genererar ett ljus som även är koherent långa sträckor.

Laser (U.S. Air Force)

Lasereffekt under en konsert

En vanlig ljuskälla sänder ut fotoner i alla riktningar och faser över ett brett elektromagnetiskt spektrum (olika våglängder). Lasern, däremot, sänder ut fotoner i fas med varandra i en smal väldefinierad ofta polariserad ljusstråle i en enda våglängd. Laserljus kan koncentreras till en mycket liten yta och därmed bli mycket intensivt, så intensivt att det kan skära genom stål och mineraler. Som en optisk förstärkare kan lasern användas i s.k. optisk kommunikation.

Laserljus kan förekomma över hela det infraröda och synliga spektret. Dock är rött laserljus billigast att framställa och används därför ofta. Det finns en aparatur liknande lasern som istället för synligt ljus använder våglängder i mikrovågsdelen av ljusspektret. Dessa kallas för Maser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation).

Den vanligast förekommande lasertypen är halvledarlasern som förekommer i många hushåll genom att det är en komponent i sådana som föremål som CD- och DVD-läsare och laserskrivare.

Det finns både kontinuerliga och pulsade lasrar. De förra sänder, så länge de är på, ut ljus hela tiden medan de senare bara sänder ut ljus under korta perioder, men då med högre effekt. Genom att utsändningen av ljus kan koncentreras till mycket korta tidsperioder (femtosekunder) kan mycket höga effekter uppnås. Det finns lasrar som när de sänder ut ljus gör det med en effekt i samma storleksordning som mänsklighetens samlade total energiförbrukning under den korta tidsperioden.

Innehåll [göm] 1 Historia 2 Skillnader relativt andra ljuskällor 3 Grundläggande teori 3.1 Spontan och stimulerad emission 3.2 Linjebreddning 3.3 Kaviteten 3.4 Q-switching 3.4.1 Metoder för att åstadkomma Q-switching 3.5 Modlåsning 4 Säkerhet 5 Olika typer av lasrar 6 Se även 7 Källor

[redigera]

Historia

Den första användbara lasern konstruerades av Theodore Maiman 1960 vid Hughes Research Laboratories i Malibu, Kalifornien. Det var en rubinlaser, där det aktiva lasermediet består av en rubinkristall. Rubinlasern ger en röd laserstråle, vilket Maiman förutspått med teoretiska beräkningar. Problemet var att ingen visste exakt hur en laserstråle skulle se ut, och han var inte säker på att han med blotta ögat skulle kunna avgöra om lasern fungerade eller om det röda ljus han såg bara var rött fluorescensljus från spontan emission i rubinkristallen. Maiman utförde därför två experiment som övertygade honom och hans kolleger om att det verkligen var laserljus de såg. Först mätte han med en fotodetektor längden på ljuspulserna från lasern. Vid spontanemission är fluorescenslivslängden från rubin ca 3 ms. När laserverkan uppnåtts förkortades plötsligt pulslängden hundrafallt. Det andra experimentet innebar att mäta bredden på de två röda spektrallinjerna från rubinkristallen. När lasern fungerade smalnade den ena av dessa linjer dramatiskt samtidigt som intensiteten ökade.

Under 1960-talet utvecklades lasrar som använder sig av Q-switching och modlåsning vilket ökade möjligheten att uppnå höga effekter för pulsade lasrar.

[redigera]

Skillnader relativt andra ljuskällor

En laser sänder enbart ut ljus i ett begränsat våglängdsintervall, medan t.ex. en glödlampa i huvudsak sänder ut svartkroppsstrålning över hela spektret.

En laser har också en liten divergens av det utsända ljuset, detta då de vägar ljuset kan komma ut ur laserna begränsas av kaviteten. Det är möjligt att därigenom fokusera ljuset mycket starkt.

En tredje skillnad är att laserljuset är koherent d.v.s. ljuset ut ur lasern har samma fas. Koherensländen, d.v.s. den sträcka som ljusvågorna ligger väl i fas med varandra, varierar, men ligger oftast 2-10 gånger laserkällans längd. Det innebär att diodlasrar har koherenslängder på någon millimeter, medan gaslasrar för skolbruk har koherenslängder på någon meter. Lasrar som optimerats med avseende på koherens kan ha koherenslängder på tiotals kilometer.

Alla dessa egenskaper, kanske främst det faktum att lasrar enbart sänder ut ljus inom ett begränsat våglängdsintervall, gör dem populära för vetenskapliga ändamål, t.ex. för att studera gaser, se laserdiagnostik.

[redigera]

Grundläggande teori

[redigera]

Spontan och stimulerad emission

Av flera orsaker kan kan en elektron hoppa från en skalnivå till en lägre i en atom eller molekyl, detta leder då till att en foton med en energi motsvarande energiskillnaden mellan de bägge skalen. Detta kallas de-excitation.

Om detta sker utan inverkan av en inkommande foton kallas det för spontan emission. Den utgående fotonen kan då ha vilken riktning som helst.

Vid stimulerad emission får en inkommande foton en av atomens elektroner att de-dexciteras. Till skillnad mot spontan emission avges nu två fotoner som båda är i fas.

[redigera]

Linjebreddning

[redigera]

Kaviteten

[redigera]

Q-switching

[redigera]

Metoder för att åstadkomma Q-switching

En äldre metod är att använda en roterande spegel, en annan är att placera ett absorberande material mellan lasermediet och utkopplingsspegeln. Detta material bleks tills det blir transparent.

[redigera]

Modlåsning

[redigera]

Säkerhet

Alla lasrar är kategoriserade enligt ett klassningssystem som består av fyra olika klasser:

• Klass 1 består av lasrar som är helt säkra, antingen på grund av dess låga effekt eller för att de är inkapslade på ett sätt som göra laserstrålen inte kommer ut. Exempel på lasrar inom denna klassen är de som förekommer i CD- och DVD-enheter.

• Klass 2 består av lasrar där uteffekten är tillräckligt låg för att blinkreflexen ska hindra skador på ögonen.

• Klass 3a kan orsaka skada efter att de gått igenom optiska instrument och till exempel blivit mer fokuserade.

• Klass 3b kan orsaka skador om de träffar ögat direkt, även indirekta strålar kan vara skadliga.

• Klass 4 är den högsta skyddsklassen. I detta fallet kan även reflekterade strålar skada ögon och hud.

[redigera]

Olika typer av lasrar

• Helium-neonlaser använder som aktivt medium helium och neon och som pumpanordning elektriska urladdningar. Lasern uppnår laserverkan bl.a. vid 632,8 nm. Excitationen uppnås genom kollisioner mellan heliumatomerna. De flesta helium-neonlasrar har låg effekt, 0,5-10 mW.
• Rubinlaser, ljus med våglängd 694 nm, används t.ex. för att avlägsna tatueringar och födelsemärken inom läkarvetenskapen.
• Halvledarlasrar eller diodlasrar används i "laserpekare", laserskrivare och CD-/DVD-spelare.
• Koldioxidlaser används för att skära och svetsa i industrin. Den är oftast kraftigt infraröd med en våglängd på ca 10,6 mikrometer. effekter på hundratals watt är inte ovanliga, men kontinuerliga effekter uppemot 100 000 watt finns.
• Ultraviolett laser, ofta s.k. excimerlasrar, används vid tillverkning av halvledare. Eftersom fotonenergin är hög kommer organiska molekyler att slås sönde av strålningen. Detta har medfört att excimerlasern oft använda inom medicin och biologin.
• Nd:YAG-laser, pulsad laser med våglängd 1 064 nm. Används för en mängd vetenskapliga ändamål. Ng-YAG lasern är den dominerande lasertypen som används vid materialbearbetning inom den tillverkande industrin, t.ex. bilindustrin.
• Argonjonlaser
• färgämneslaser (Ring Dye Laser)

[redigera]

Se även

• Laser Dome
• Kerr-effekt
• Fiberoptik
• Laserdiagnostik
• Koherens

[redigera]

Källor