Lasery

Lasery to urządzenia wytwarzające specjalny rodzaj światła. Za ich pomocą
można rozcinać tkanki , przesyłać światłowodowymi kablami programy TV ,
a także naprowadzać pociski na cel.
Białe światło , takie jak to wysyłane przez Słońce lub żarówki , jest mieszaniną
fal świetlnych o różnych długościach. Każdej długości fali odpowiada
inna barwa światła , jeśli do naszego oka fale takie docierają oddzielnie.
Gdy wszystkie te barwy zmieszamy , otrzymujemy światło białe.
Światło o jednej długości fali , a więc nie będące mieszaniną świateł
o różnych kolorach , nazywamy monochromatycznym.
Otrzymać je można w lampach wyładowczych wypełnionych parami
różnych pierwiastków i związków chemicznych. Jednak lampy takie , podobnie
jak i wszystkie inne normalne źródła światła , wysyłają fale świetlne
przypadkowo , w różnym czasie , tak że ich fazy są różne.
Taki rodzaj światła nazywamy niekoherentnym , czyli niespójnym.
Inaczej lasery : te emitują monochromatyczne i spójne ( koherentne ,
czyli zgodne w fazie ) fale świetlne. Stąd właśnie światło emitowane
przez laser bierze prawie wszystkie swe niezwykłe cechy.
Światło niespójne zawsze rozprasza się na boki , przez co jego natężenie
szybko maleje , wraz ze zwiększaniem się odległości od źródła.
Światło koherentne rozprasza się tylko w minimalnym stopniu ,
tak że wąski jego promień można przesyłać na wielkie odległości
z niewielką tylko stratą energii.
Laserów o dużej mocy można używać jako broni do bezpośredniego
rażenia przeciwnika - czegoś w rodzaju uwspółcześnionych „ promieni śmierci ”
ze wczesnych powieści sience - fiction. Są one jednak o wiele bardziej
efektywne nie tylko jako broń w ścisłym tego słowa znaczeniu ,
a jako urządzenia odszukujące i oznaczające cele , niszczone następnie
przez rakiety naprowadzane wiązką świetlną. Znajdujące się na polu walki ,
obiekty przeciwnika oświetlane są wiązką promieni laserowych.
Następnie wystrzeliwuje się rakiety , których detektory rejestrują promienie
laserowe odbite od celów. Rakiety podążają za światłem i z wielką precyzją
uderzają w cel. Pokojowe zastosowania laserów są znacznie szersze , aniżeli militarne.
Lasera można używać do cięcia i spawania metali , ponieważ w stosunkowo
wąskiej wiązce można zgromadzić wielką energię. W chirurgii promieni
laserowych używa się do przecinania tkanek. Normalne narzędzia chirurgiczne ,
jak skalpel czy lancet , trzeba często sterylizować , a poza tym szybko się
tępią i stają się bezużyteczne. Niedogodności tych pozbawione są promienie
lasera. Poza tym przecinane laserem naczynia krwionośne zasklepiają się
wskutek wysokiej temperatury , co redukuje krwawienie. Lasery w medycynie
są używane także do innych celów , na przykład do zapobiegania krwawieniu
z wrzodów żołądka czy do przyklejania odklejonej siatkówki do dna oka.
Analogicznie do generowanych w nadajnikach fal radiowych , fale świetlne
emitowane przez laser mogą być użyte do przesyłania sygnałów radiowych
bądź telewizyjnych. Sygnały świetlne przesyłane są wtedy poprzez
światłowody.
Światło jest falą elektromagnetyczną powstającą , gdy elektrony , krążące wokół
jąder atomowych , tracą porcje ( czyli kwanty ) energii. Elektrony krążą po ściśle
określonych orbitach i stracie energii towarzyszy przejście z orbity zewnętrznej ,
o wyższej energii , na wewnętrzną , o energii niższej. Przy okazji emitowany
jest kwant światła ( inaczej foton ) , czyli właśnie owa nadwyżka energii.
Aby doszło do emisji fotonu , atom musi zostać wpierw wzbudzony , jego
elektrony muszą znaleźć się na zewnętrznych orbitach. Można tego dokonać
poprzez ogrzewanie , bombardowanie elektronami lub umieszczając atomy
w polu elektrycznym o dużym natężeniu. Można też bombardować atomy
kwantami światła. Podczas wzbudzania atomu jego elektrony absorbują
energię i przeskakują na orbity zewnętrzne. W zwykłych warunkach powrót
na orbitę podstawową i związana z tym emisja fotonu zachodzi w sposób
przypadkowy i nie jest w żadnym stopniu związana z zachowaniem się innych
elektronów lub atomów. Nazywa się to emisją spontaniczną.
W laserze wzbudzone atomy gazu bądź kryształu są bombardowane fotonami.
To zmusza elektrony do przejścia na niższą orbitę , czemu towarzyszy emisja
dalszych fotonów. Proces ten nazywamy emisją wymuszoną. Każdy emitowany
foton jest zgodny w fazie z fotonem , który spowodował jego emisję.
Taka para może symulować emisję następnych fotonów wszędzie tam ,
gdzie dotrze.
W laserze większość atomów znajduje się w stanie wzbudzonym , więc liczba
emitowanych fotonów narasta lawinowo w następujących po sobie procesach
emisji wymuszonej. W rezultacie otrzymujemy strumień spójnego światła
o stosunkowo dużym natężeniu.
W przeciwieństwie do lasera latarka wysyła światło niespójne. Składa się ono
z fal o różnych długościach i poprzesuwanych w fazie. Dlatego właśnie
światło latarki tworzy wiązkę rozproszoną.
W laserze rubinowym atomy chromu są wzbudzane przez błyski światła ,
generowane w lampie ksenonowej . Fotony , emitowane przez wzbudzone
w ten sposób atomy , poruszają się wzdłuż rubinowego pręta , stymulując
emisję z innych atomów chromu - jest to właśnie światło laserowe.