Laser: Definition, virkemåde og anvendelser

En laser skaber lys ved hjælp af særlige processer, der involverer et materiale, der kaldes et "optisk forstærkningsmedium". Der tilføres energi til dette materiale ved hjælp af en "energipumpe". Dette kan være elektricitet, en anden lyskilde eller en anden energikilde. Energien får materialet til at gå ind i det, der kaldes en exciteret tilstand. Det betyder, at elektronerne i materialet har ekstra energi, og efter et stykke tid vil de miste denne energi. Når de mister energien, vil de frigive en foton (en lyspartikel). Den type optisk forstærkningsmedium, der anvendes, vil ændre hvilken farve (bølgelængde), der vil blive produceret. Frigivelsen af fotoner er "stimuleret strålingsemission" i laseren.

Mange ting kan udstråle lys, som f.eks. en pære, men lyset vil ikke være organiseret i én retning og fase. Ved at bruge et elektrisk felt til at kontrollere, hvordan lyset skabes, vil dette lys nu være af én slags og gå i én retning. Dette er "kohærent stråling".

På dette tidspunkt er lyset stadig svagt. Spejlene på begge sider sender lyset frem og tilbage, og dette rammer andre dele af det optiske forstærkningsmedium, hvilket får disse dele til også at frigive fotoner og genererer mere lys ("lysforstærkning"). Når hele det optiske forstærkningsmedium producerer lys, kaldes dette for mætning og skaber en meget stærk lysstråle ved en meget smal bølgelængde, som vi kalder en laserstråle.

Lyset bevæger sig gennem mediet mellem de to spejle, der reflekterer lyset frem og tilbage mellem de to spejle. Et af spejlene reflekterer dog kun delvist lyset, så noget af det kan slippe ud. Det undslippende lys udgør laserstrålen.

Dette er en simpel konstruktion; den anvendte type optisk forstærkningsmedium definerer normalt lasertypen. Det kan være et krystal, f.eks. rubin og et granatkrystal fremstillet af yttrium og aluminium med sjældne jordarters metal blandet i. Der kan anvendes gasser til laser ved hjælp af helium, nitrogen, kuldioxid, neon eller andre gasser. Store, kraftige lasere er normalt gaslasere. En frielektronlaser anvender en stråle af elektroner og kan indstilles til at udsende forskellige farver. Endelig bruger de mindste lasere halvlederdioder til at producere lyset. Disse er de mest talrige og anvendes i elektronikken.

Albert Einstein var den første, der fik idéen om stimuleret emission, som kunne producere en laser. Fra det tidspunkt blev der brugt mange år på at se, om ideen virkede. Først lykkedes det at lave masere, og senere fandt man ud af, hvordan man kunne lave kortere synlige bølgelængder. Det var først i 1959, at navnet laser blev opfundet af Gordon Gould i en forskningsartikel. Den første fungerende laser blev sammensat og drevet af Theodore Maiman på Hughes Research Laboratories i 1960. Mange mennesker begyndte at arbejde på lasere på dette tidspunkt, og spørgsmålet om, hvem der skulle have patent på laseren, blev først afgjort i 1987 (Gould vandt rettighederne).

Lasere har fundet mange anvendelsesmuligheder i både hverdagen og i industrien. Lasere findes i cd- og dvd-afspillere, hvor de læser koden fra den disk, der indeholder en sang eller film. En laser bruges ofte til at aflæse stregkoder eller SQR-koder på ting, der sælges i en butik, for at identificere et produkt og angive dets pris. Lasere anvendes inden for medicin, især ved LASIK-øjenskirurgi, hvor laseren bruges til at reparere hornhindens form. Den bruges i kemi med spektroskopi til at identificere materialer, for at finde ud af, hvilken slags gasser, faste stoffer eller væsker noget er lavet af. Stærkere lasere kan bruges til at skære metal.

Lasere bruges til at måle Månens afstand til Jorden ved at reflektere på reflektorer efter Apollo-missionerne. Ved at måle den tid, det tager lyset at rejse til Månen og tilbage igen, kan vi finde ud af, hvor langt væk Månen er.

Laserpointere bruges af folk til at pege på et sted på et kort eller et diagram. For eksempel bruger foredragsholdere dem. Mange mennesker kan også godt lide at lege med laserpointere. Nogle mennesker har peget på fly med dem. Det er farligt, og det er også ulovligt i mange lande. Folk er blevet arresteret og retsforfulgt for denne forbrydelse.

Computere bruger almindeligvis en optisk computermus som en indtastningsenhed. Moderne laserpointere er for store og kraftige til dette formål, så de fleste mus bruger små VCSEL'er eller "Vertical cavity surface-emitting lasere" til dette formål. Disse lasere anvendes også i DVD- og CD-ROM-drev og til holografi.