Laser

Historie

Gordon Gould, en student ved Columbia University, fant opp konseptet i 1957, men patenterte det aldri, da han trodde at man trengte en fungerende modell å vise patentkontoret.  Charles Townes og Arthur Schawlow ved Bell Labs publiserte en artikkel i «Physical Review» i 1958 som beskrev konseptet, og søkte også om et patent.  Gould søkte om patentet i 1959, noe som var litt for sent.  Tidlig i 1960 fikk Townes og Schawlow patentet sitt, selv om Bell Labs eide rettighetene.  I mai samme år ble den første laser demonstrert ved Hughes Aircraft i California av en vitenskapsmann som het Ted Maiman.  Dette var starten på en patentstrid som varte til 1977, hvor Gould fikk noen patenter og Bell Labs beholdt resten.
Den første halvlederlaser ble oppfunnet i 1962, en oppfinnelse som brukes svært mye innen telekommunikasjon til å kommunisere langs fiberoptiske kabler. Slike halvlederlasere blir også brukt i forbrukerelektronikk slik som CD- og DVD-spillere.

Teori

En laser bruker energi som er lagret i et atom, ved at en energikilde «pumper» det lasende materialet eller ved at det utløses en kjemisk eller elektrisk prosess, og samtidig som det skjer en stimulert emisjon. Da vil kvanter (eller fotoner) bli utskilt fra atomet når et elektron hopper fra en elektronbane til en annen elektronbane med lavere energinivå.
Ett atom består av flere elektronbaner, jo lenger vekk fra kjernen denne banen er, jo mer energi ligger i et elektron i denne banen. Når et elektron hopper fra en bane til en bane nærmere kjernen, utskilles ett foton (med en gitt energi). Dette fotonet har en helt bestemt bølgelengde, som er bestemt av hvilke baner elektronet hopper mellom. Ved å tilføre energi til atomet, vil et elektron etter en stund oppta energien, og hoppe opp til en bane med et høyere energinivå (elektronet sies da å være eksitert). Etter en stund vil elektronet igjen falle tilbake til sin opprinnelige bane, og avgi et nytt foton (Niels Bohr beskriver dette i teori). I en laser vil energien som blir tilført disse atomene komme fra elektrisitet eller en kjemisk reaksjon.
I en laser er det da mange atomer med mange eksiterte elektroner. Etter ganske kort tid vil ett eksitert elektron falle tilbake til «normalstilling» og avgi ett foton. Når dette foton passerer et annet eksitert elektron, kan elektronet bli stimulert til selv å falle tilbake til sin «normalstilling», og også avgi et foton. Dette foton vil da ha samme bølgelengde, fase og retning som det foton som var årsak til stimuleringen. Disse fotoner (som nå er blitt to) fortsetter gjennom det lasende materialet, og vil stimulere flere eksiterte elektroner, og energien vil øke betraktelig. Denne strålingen kalles en koherent og monokromatisk stråling.
I en tradisjonell laser er det lasende materialet plassert mellom to speil, hvor det ene lar litt lys lekke gjennom. Mellom disse to speilene vil lyset reflekteres frem og tilbake og for hver passering i det lasende materialet vil flere elektroner avgi sitt foton og forsterke det passerende lyset. Noe av lyset vil slippe ut gjennom speilet som er gjennomtrengbart, mens resten reflekteres tilbake. Lyset som slipper ut vil danne det vi oppfatter som selve laserstrålen.