Laser [ ang. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation],

Laser [ ang. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation], urządzenie generujące lub wzmacniające spójne promieniowanie elektromagnet. w zakresie widmowym zawartym między daleką podczerwienią a nadfioletem; zasada działania lasera jest oparta na wymuszonej emisji promieniowania elektromagnet. zachodzącej w układach atomów, jonów lub cząsteczek doprowadzonych przez tzw. pompowanie opt. (wzbudzanie) do stanu inwersji obsadzeń odpowiednich poziomów energ.; stan inwersji — to stan, w którym na górnym poziomie przejścia laserowego jest znacznie więcej centrów aktywnych niż na poziomie dolnym; energia układu pochodzi z energii pompującej układ (promieniowanie wzbudzające, energia wyładowania elektr., energia elektronów wiązki wzbudzającej, energia chem. i in.). Głównymi elementami lasera są: ośr. czynny (osnowa z zawartymi w niej atomami lub jonami laserującymi), źródło pompujące oraz rezonator optyczny (w generatorze); rezonator umożliwia wytworzenie promieniowania monochromatycznego w postaci wiązki o niewielkiej średnicy i rozbieżności (od ok. 1 s do kilkunastu minut kątowych); promieniowanie to charakteryzuje się spójnością przestrzenną i czasową oraz dużym natężeniem; długość fali promieniowania zależy od właściwości rezonatora i ośr. czynnego; moc promieniowania wynosi: przy generacji ciągłej — od kilku miliwatów do setek kilowatów, przy generacji impulsowej — od kilku watów do kilku terawatów. Lasery klasyfikuje się zwykle wg rodzajów osnowy. W laserze na ciele stałym w postaci kryształu dielektrycznego lub szkła optycznego centrami czynnymi są zwykle jony pierwiastków z grupy lantanowców lub żelazowców; ośr. czynny ma kształt walca długości od kilku do kilkudziesięciu cm i średnicy od kilku do kilkudziesięciu mm; do najczęściej stosowanych należą: laser rubinowy i neodymowy, tytanowy. Lasery gazowe — należą do nich: laser helowo-neonowy, laser argonowy, laser molekularny. Lasery cieczowe (w tym barwnikowe) — pozwalają na ciągłą zmianę długości fali w zakresie widzialnym, w podczerwieni i nadfiolecie. Lasery półprzewodnikowe — charakteryzują się małymi rozmiarami i dużą sprawnością. Lasery znalazły zastosowanie w wielu dziedzinach nauki i techniki: a) w technologii materiałów (precyzyjne cięcie, spawanie i wiercenie trudno topliwych materiałów, dynamiczne wyważanie, zautomatyzowane cięcie papieru, tkanin, tworzyw sztucznych itp.); b) do precyzyjnych pomiarów długości, odległości, pułapu chmur, stopnia zanieczyszczeń atmosfery, szybkości przepływu, prędkości ruchu obrotowego (giroskop optyczny) itp.; c) do sterowania pracą maszyn roboczych, wytyczania torów wodnych w portach, chodników w kopalniach, do precyzyjnego pozycjonowania złożonych konstrukcji; d) w medycynie i biologii (mikrochirurgiczne zabiegi okulistyczne, bezkrwawe zabiegi chirurgiczne, oczyszczanie zębów z próchnicy, usuwanie naczyniaków, zabiegi kosmetyczne); e) do zapisywania i odtwarzania dźwięków i obrazów (gramofon cyfrowy, magnetowid); f) w technice wojsk. (pomiar odległości, sterowanie bombami i pociskami, oświetlanie, specjalne metody rozpoznania i fotografowania; g) w holografii; h) w technologii chem.; i) w telekomunikacji optycznej (łącze laserowe, telekomunikacja światłowodowa). Użycie laserów zrewolucjonizowało spektroskopię atom. i cząsteczkową i powiększyło m.in. dokładność pomiarów stałych atom., a przez to i uniwersalnych stałych fizycznych. Do badania ultraszybkich procesów i reakcji chem. w układach molekularnych i w fizyce ciała stałego służą impulsy światła o czasie trwania rzędu pikosekund, otrzymywane w układach laserowych tzw. metodą synchronizacji modów. Impulsy takie po zogniskowaniu mają gęstość mocy do 1016 W/cm2; trwają prace nad impulsami jeszcze krótszymi femtosekundowymi (rzędu 10–15 s), które otrzymuje się przez skracanie impulsów pikosekundowych. Lasery przyczyniły się do odkrycia i zbadania wielu zjawisk (m.in. bistabilności optycznej, wymuszonej przezroczystości ośrodka, generacji harmonicznych światła, wymuszonego rozpraszania światła), a także spowodowały rozwój nowych dziedzin nauki, takich jak elektronika kwantowa, optyka nieliniowa, holografia, optoelektronika i in. Rozwój techniki laserowej zmierza m.in. w kierunku: uzyskania większych mocy i energii promieniowania, zwiększenia sprawności i niezawodności działania, uzyskania promieniowania spójnego w zakresie rentgenowskim i g, zastosowania w trójwymiarowym filmie i telewizji oraz do realizowania kontrolowanej syntezy termojądrowej. Duże nadzieje wiąże się z laserami elektronowymi, w których spójne promieniowanie o dużej mocy wysyła hamowana w polu magnet. wiązka elektronów przyspieszonych do prędkości relatywistycznych (bliskich prędkości światła). Skonstruowanie lasera poprzedziły badania emisji wymuszonej w zakresie mikrofalowym (maser). Zasada pracy lasera została oprac. 1958 przez A.L. Schawlowa i Ch.H. Townesa, a pierwszy laser (rubinowy) został zbudowany w 1960 przez T.H. Maimana.