Laser

duimnael|300px|Lasers wissel in grootte van mikroskopies diodelasers (bo) met talle toepassings, tot rugbyveld groot neodymium glas lasers (onder) wat gebruik word vir inertial confinement fusion, kernwapennavorsing en ander hoë energiedigtheid fisika eksperimente.
duimnael|300px|'n Dye-laser by die Starfire Optical Range word vir LIDAR- en lasergidsster-eksperimente gebruik. Dit is ingestel op die natrium D-lyn en kan natriumatome in die mesosfeer opwek. Die gloeiende natriumgas lewer dan 'n kunsmatige ligpunt wat dien as verwysingspunt vir teleskope. Hul kompenserende optika benut hierdie ligpunt om beelde te lewer wat minder deur atmosferiese steurings benadeel word.

Laser is 'n afkorting in Engels wat staan vir (light amplification by stimulated emission of radiation) wat in Afrikaans vertaal "ligversterking deur die gestimuleerde emissie van straling" beteken. 'n Laser is 'n toestel wat 'n kwantummeganiese effek naamlik gestimuleerde emissie, benut om 'n koherente straal lig te lewer. (D.w.s. golwe is in fase en geen interferensie vind plaas nie.) Lig van 'n laser is dikwels parallel en monochromaties, maar dit is nie waar vir alle tipe lasers nie.

 Oorsig 
Algemene ligbronne soos die elektriese gloeilamp straal fotone in alle rigtings uit, gewoonlik oor 'n wye spektrum golflengtes. Die meeste ligbronne is ook nie koherent nie, d.w.s. die golwe is uit fase en dus vind daar interferensie tussen die golwe plaas.

In kontras straal 'n laser fotone in 'n noue, goed gedefinieerde band uit om 'n ligstraal te vorm. Die lig is dikwels baie na aan monochromaties, wat uit 'n enkele golflengte of kleur bestaan, en is hoogs koherent en dikwels gepolariseer.

Sommige tipe lasers, soos kleurstoflasers en vibroniese vastetoestandlasers kan lig produseer oor 'n wye reeks golflengtes. Hierdie eienskap maak hulle geskik vir die opwekking van uiters kort ligpulse, in die orde van 'n femtosekonde (10-15 sekonde).

Laserlig kan ook 'n hoë intensiteit bereik; sodanig dat dit staal en ander metale kan sny. Die ligbundel wat deur 'n laser uitgestraal word toon dikwels 'n baie klein mate van afwyking (d.w.s. die golwe bly parallel selfs oor lang afstande). Golwe met perfekte parallelle bane kan nie geskep word nie a.g.v. diffraksie, maar 'n laserstraal sal baie minder versprei as lig vanaf enige ander ligbron.

'n Straal wat deur 'n klein laboratoriumlaser opgewek word, soos bv. die helium-neon (HeNe) laser, sal versprei tot 'n deursnit van ongeveer 1.6 kilometer indien dit vanaf die aarde tot op die oppervlak van die maan geskyn word. Sommige lasers, veral halfgeleierlasers wek strale op wat 'n baie wyer verspreiding toon, hoofsaaklik a.g.v. hul klein grootte. So 'n afwykende ligbundel kan egter omskep word in 'n parallelle bundel deur gebruik te maak van 'n optiese lens.

Ligbundels van nie-laser bronne kan egter nie op dié manier in 'n parallelle bundel omskep word nie.

'n Laser kan ook funksioneer as 'n optiese versterker wanneer dit met lig van 'n ander bron bestraal word. Die versterkte sein kan baie soortgelyk wees aan die invoersein in terme van golflengte, fase en polarisasie. Hierdie verskynsel het baie toepassings in optiese kommunikasie.

Die uitset van 'n laser kan kontinu wees, 'n konstante amplitude hê of kan polsend wees.

 Beginsel 
Die laser berus op die konsep dat opgewekte elektrone van 'n atoom wat in 'n baan wentel met 'n hoër energie as normaal, terugval na 'n laer baan en dan 'n foton in die proses uitstraal. Indien die foton 'n ander atoom tref in dieselfde opgewekte toestand, sal die elektron in die atoom ook terugval na die laer energietoestand en ook 'n foton uitstraal wat in pas is (in fase is) met die eerste foton, ensovoorts. Indien dit 'n atoom tref met die elektron reeds in die laer baan, kan die foton geabsorbeer word en die elektron word opgewek na die hoër baan en dus hoër energietoestand. 'n Mens kan dus 'n versameling atome hê waarin die meerderheid elektrone in die hoër energietoestand verkeer, wat dit dan moontlik maak om die elektrone gelyktydig te laat terugval na die grondtoestand met die gepaardgaande uitstraling van 'n sterk ligpuls. Die fotone wat so opgewek word, is dan in fase en die golflengte, wat ooreenstem met die energieverskil tussen die elektronbane, is eenders (d.w.s monochromaties).

Die laserstraal word dus opgewek deur die lig heen en weer te kaats in die laser medium met behulp van ewewydige spieëls. Die atome van die medium word dan almal na die hoër energietoestand opgewek deur die toevoeging van eksterne energie by wyse van bestraling met 'n ander kleur lig, elektriese stroom of deur middel van 'n chemiese reaksie. Die resultaat is 'n versterkte
ligbundel wat uit die resonansiekamer ontsnap deurdat een van die spieëls deels deurlaatbaar gemaak word. Die teorie van kwantummeganika kan toegepas word op die laserverskynsel, alhoewel die meeste lasertipes eerder met 'n tref-en-trapmetodiek ontwikkel is.

 Geskiedenis 
Die eerste werkende laser is deur Theodore H. Maiman in 1960 by die Hughes Research Laboratories in Malibu, Kalifornië gemaak. Maiman het 'n robynkristal met flitslamp as energiebron gebruik om 'n rooi laserlig teen 'n golflengte van 694 nanometer op te wek.

 Laserveiligheid 
Selfs lae sterkte lasers kan gevaarlik wees vir 'n mens se sig. Die parallelle karakter en lae ligverspreiding beten dat dit deur die oog tot 'n baie klein kolletjie op die retina gefokus kan word, wat lokale verbranding en permanente skade binne sekondes tot gevolg kan hê.

Laserlig teen sekere golflengtes kan katarakte veroorsaak en selfs veroorsaak dat die vloeistof in die oogbal begin kook. Infrarooi- en ultravioletlasers is veral gevaarlik aangesien die liggaam se "kniprefleks", wat die oog kan beskerm teen ongewone helder lig slegs werk wanneer die lig sigbaar is. Klassifikasie vir veiligheidsdoeleindes van lasers geskied volgens die golflengte en die maksimum uitset-energie soos volg:

 Klas I: inherent veilig; geen moontlikheid vir oogskade nie. Dit kan wees a.g.v. 'n baie lae kraguitset (in welke geval oogskade selfs na ure se blootstelling onmoontlik is), of weens 'n omhulsel wat nie tydens normale bedryf oopgemaak kan word sonder dat die laser outomaties afskakel nie (soos tipies die geval is met Kompak skywe/laserskywe).

 Klas II: Die kniprefleks van die menslike oog behoort oogskade te verhoed. Die meeste laserbordwysers val in die kategorie, met uitsetenergieë laer as 1 tot 5 milliwatt.

 Klas IIIb: Kan oogskade veroorsaak as die bundel die oog direk binnegaan of as die bundel direk in die oog in gereflekteer word. Dit is algemeen van toepassing op lasers met uitsetenergieë van 5 milliwatt tot etlike honderde milliwatt.

 Klas IIIa: Soortgelyk aan klas IIIb, maar van toepassing op groot bundeldeursnitte, sodanig so dat die pupil slegs 'klas-II' hoeveelhede lig sal deurlaat. Lasers in dié klas is hoofsaaklik gevaarlik in kombinasie met optiese instrumente wat die bundeldiameter kan verander.

 Klas IV: Hoogs gevaarlik; selfs nie-direkte verspreiding van die lig van die bundel kan lei tot oog- of velskade. Dit is hoofsaaklik van toepassing op lasers met energieuitset van meer as 'n paar milliwatt. Lasers in hierdie klas se energie uitset is gewoonlik in die orde van etlike honderde milliwatt of selfs meer.

Die krag van die lasers hierbo genoem is slegs rowwe indikasies; die klassifikasie is ook afhanklik van die golflengte en of die laser 'n polsende of kontinue uitset het. Die gebruik van oogbeskerming wanneer lasers in klas IIIb en IV gebruik word, word sterk aanbeveel en word vereis deur die OSHA.

 Soorte Lasers 
duimnael|250px|regs|'n Laserharp.
duimnael|250px|regs|Lasers word gebruik vir visuele effekte tydens 'n musiekopvoering. ('n Laserligvertoning.)
 Gaslaser
 HeNe (543 nm en 633 nm)
 Argon(-Ioon) (458 nm, 488 nm of 514.5 nm)
 Koolstofdioksiedlasers – word industrieel gebruik vir sny- en sweisdoeleindes, met energie uitset van tot 100 kW.
 Koolstofmonoksiedlasers – moet verkoel word, en is buitengewoon kragtig, met uitsette van so hoog as 500 kW.
 Excimer gaslasers, produseer ultraviolet lig, word gebruik in halfgeleiervervaardiging en vir LASIK oogsnykunde;
 157 nm (F_2)
 193 nm (ArF)
 222 nm (KrCl)
 248 nm (KrF)
 308 nm (XeCl)
 351 nm (XeF)
 Algemeen gebruikte lasertipes vir dermatologiese toepassings insluitende verwydering van tattoeërmerke, geboorte merke, en vir hare:
 Robyn (694 nm)
 Alexandriet (755 nm)
 Polsende diodematriks (810 nm)
 Nd:YAG (1064 nm)
 Ho:YAG (2090 nm)
 Er:YAG (2940 nm)
 Halfgeleier-laserdiodes,
 klein: gebruik vir laserbordwysers, laserdrukkers, en CD/DVD-spelers;
 groter: groter industriële diodelasers is beskikbaar vir industriële sny- en sweiswerk, met energie uitset tot so hoog as 10 kW.
 Kleurstoflasers
 Kwantum kaskade lasers
 Neodium-gedoopte YAG lasers (Nd:YAG), 'n hoë sterkte infrarooilaser wat gebruik word vir sny, sweis en merk van metale en ander materiale.
 Erbium-gedoopte YAG, 1645 nm
 Thulium-gedoopte YAG, 2015 nm
 Holmium-gedoopte YAG, 2090 nm, 'n hoë sterkte infrarooilaser, dit word plofbaar geabsorbeer deur waterbevattende weefsels in seksies minder as 'n millimeter dik. Dit word gewoonlik in polserende modus gebruik in optiese vesel snykundige apparate om gewrigte se oppervlaktes te herstel, om verrotting van tande te verwyder, om kankerweefsel te verdamp en om nier- en galstene te vernietig.
 Titaan-gedoopte saffier (Ti:saffier) lasers, 'n hoogs verstelbare infrarooilaser wat in spektroskopie gebruik word;
 Erbium-gedoopte vesellasers, 'n tipe laser wat gevorm word vanuit pasgemaakte optiese vesel, wat gebruik word as 'n versterker in optiese kommunikasietoerusting.

 Eksterne skakels 

 ''Halfgeleier laser – Verskillende tipes ' – Beskikbare golflengtes van halfgeleier lasers
 Sam's Laser FAQ

Kategorie:Kwantummeganika
Kategorie:Lasers