Lāzers

Vikipēdijas raksts
Pārlēkt uz: navigācija, meklēt
Eksperiments, kurā izmanto lāzera gaismu

Lāzers ir elektroniski optiska ierīce, kura izstaro koherentu starojumu, ko sauc par lāzera staru. Termins Lāzers ir akronīms no angļu valodas, t.i., Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, kas latviski nozīmē gaismas pastiprināšana, izmantojot inducēto starojumu. Tipisks lāzera izstarotais stars ir šaurs, ar mazu nobīdi un ar nemainīgu viļņa garumu (t.i., monohromatisks) izstarots gaismas kūlis. Pretstats lāzeram ir parasts gaismas avots, piemēram kvēlspuldze, kura izstaro gaismu visos virzienos un ar dažādiem viļņa garumu spektru.

Lāzeri[izmainīt šo sadaļu | labot pirmkodu]

Lāzeru gaisma ir pati spožākā zināmā gaisma. Lāzers dod krāsainas gaismas kūli, kam var būt liela jauda. Tas var būt zīmuļa resnumā, bet tik intensīvs, ka izkausē caurumu tērauda plāksnē. Tas var arī būt tik taisns un tievs, ka ar to var precīzi nomērķēt uz mazu spogulīti, kas atrodas uz Mēness 384 400 km attālumā no Zemes. 1960. gadā zinātnieks Teodors Meimens uzbūvēja pirmo lāzeru. Meimers ieguva lāzera gaismas kūli, ar parastu impulsa gaismu apstarojot īpašu sintētiskā rubīna stieni. Mūsdienās par darba vielu izmanto arī daudzus citus materiālus. Piemēram, gāzu lāzeros lieto argonu, kurš dod mazjaudīgu kūli. Tas ir ideāls instruments mikroķirurģijā. Savukārt cietvielu lāzeri, kuru darba viela ir kristālu (piem. smaragda) stieņi, rada lieljaudas staru kūli. Elektroni ir elementārdaļiņas, kas kustas apkārt atoma kodolam. No enerģijas avota elektronam pievadītā enerģija paceļ to citā enerģijas līmenī. Kad elektrons atgriežas sākumstāvoklī, tas izstaro lāzera gaismas fotonu. Lāzera gaisma trāpa citam atomam, kurš arī rada lāzera gaismu. Šis lāzers rada nepārtrauktu gaismas kūli. Lāzeri, kas darbojas impulsa režīmā, emitē gaismas kūli regulāros, ātros uzliesmojumos.

Classical spectacular laser effects.jpg

Lāzera darbība[izmainīt šo sadaļu | labot pirmkodu]

Lāzers - optiskā (ultravioletā, redzamā vai infrasarkanā) diapazona elektromagnētisko viļņu ģenerators vai pastiprinātājs, kura darbības pamatā ir inducētais starojums. Tas, ka inducētajam starojumam ir tāda pati frekvence, fāze un polarizācija kā inducējošajam starojumam, dod iespēju ar lāzeri pastiprināt (kvantpastiprinātājs) un ģenerēt (kvantu ģenerators) koherentu gaismu. Lai viela starojumu pastiprinātu, nevis absorbētu, ir nepieciešama enerģijas līmeņu inversā apdzīvotība, ko iegūst, izvēloties vielu ar noteiktām enerģijas līmeņu īpašībām un ierosinot to ar ārēju enerģijas avotu. Saistīto elektronu lāzers jeb optiskajos kvantu ģeneratoros izmanto aktīvās vielas, kuru enerģijas darba līmeņus var aprakstīt ar 4 līm. shēmu. Kombinatīvo lāzeru pamatā ir ierosinošā lāzera gaismas inducētā kombinatīvā izkliede aktīvajā vielā. Lai iegūtu ģenerāciju, ir nepieciešama pozitīva atgriezeniskā saite, ko realizē, aktīvo vielu ievietojot optiskajā rezonatorā, kurš stipri palielina inducētā starojuma koherenci. Parasti lieto atklāto rezonatoru, ko veido 2 spoguļi. Dēļ stāvviļņu rašanās tajā ir apgabali I=0 un aktīvā viela netiek pilnīgi iesaistīta lāzera darbībā. To novērš, lietojot riņķveida rezonatoru skrejviļņu režīmā; tad palielinās lāzera jauda, kā arī frekvences stabilitāte. Lāzera rezonatorā vienlaikus var tikt ierosināti noteikti gaismas pašsvārstību tipi jeb modi, kas atšķiras pēc amplitūdas un fāzes telpas sadalījuma. Lielākā starojuma koherence ir zemākā šķērsmoda viena garenmoda (vienas frekvences) režīmā - tad koherences garums 1koh>100m. Brīvo elektronu lāzers (BEL) aktīvā viela ir monoenerģētisks elektronu kūlis, ko ievada rezonatorā ar ātrumu kurš tuvs gaismas ātrumam. Inducētais starojums BEL rodas, elektroniem izkliedējoties rezonatora periodiskajā magnētā vai elektriskajā laukā. Ja inverso apdzīvotību uztur nepārtraukti, lāzers darbojas nepārtrauktā režīmā, ja īslaicīgi-impulsrežīmā. Īsus un ultraīsus gaismas impulsus ar lāzeri var ģenerēt pēc 2 galvenajām metodēm. Rezonatora labuma (Q) pārslēgšanās metode sākumstāvoklī Q ir tik mazs, lai nenotiktu ģenerācija un ierosināšanas laikā iegūtu lielāku inverso apdzīvotību nekā tad, ja Q ir liels. Pēc tam Q strauji palielina un rezanātorā uzkrātā enerģija atbrīvojās īsa (10-6-10-9s) un jaudīga (1-1000MW) gaismas impulsa veidā. Aksiālo modu sinhronizācijas metodē periodiski pārslēdz Q. Pārslēgšanas frekvence ir c/2L (kur c - gaismas ātrums, L - rezanatora garums), blakus esošo aksiālo modu fāžu starpība kļūst konstanta, un lāzers izstaro ultraīsu (10-11-10-14s) gaismas impulsa virkni ar intervālu L/2c.
Dažādu lāzeru starojums aptver spektra diapazonu no vakuuma ultravioletās daļas (viļņa gar. X=107,3 nm; piem. NeF eksimēru lāzers.) līdz milimetru viļņiem (x=1,985 nm; CH3CN u.c. molekulārajiem lāzeriem). Lāzera starojuma jauda ir no 10-6W (lāzerdiodēm) līdz 1014W (Nd3+ stikla lāzers) impulsrežīmā, nepārtrauktā režīmā - līdz 400kW (deitērija fluarīda ķīmiskajam lāzerim)

Pirmais lāzers[izmainīt šo sadaļu | labot pirmkodu]

Pirmais lāzers (saistīto elektronu lāzers) tika radīts ASV 1960. gadā, pirmais brīvo elektronu lāzers - ASV 1975. gadā. PSRS kopš 1965. gada ražo tehnoloģiskās lāzeru iekārtas. Līdz ar lāzeru rašanos izzuda kvalitātes atšķirība starp optiku un radioelektroniku. Radās jaunas zinātnes un tehnoloģijas nozares (piemēram, hologrāfija, integrālā optika, nelineārā optika, optoelektronika, lāzeru spektroskopija, spektru optika).

Lāzeru izmantošana[izmainīt šo sadaļu | labot pirmkodu]

Lāzeru lieto gandrīz visās zinātnēs un tehnoloģiju jomās. Fizikā lāzers ir galvenais instruments fotofizikālo un fotoķīmijas procesu pētīšanā, to izmanto plazmas diagnostikā, relativitātes, kvantu un elementārdaļiņu teoriju pārbaudei, ļoti ātru procesu pētīšanai un kodolterminu sintēzē. Ķīmijā ar lāzeru selektīvi ierosinot atomus un molekulas, ķīmiskās reakcijas ierosinātā stāvoklī; izmantojot pakāpenisku fotojonizācijas metodi, iegūst ļoti tīras vielas (piemaisījumu daudz. <10-10%) un atdala izotopus.

Lāzerķirurģija

Medicīnā lāzerus lieto ķirurģijā (lāzerķirurģija). Plastiskajā ķirurģijā lāzeroperācijas veic jau vairāk nekā 20 gadus, Lāzerķirurģija ir unikāla metode-precīza, ātra un to kontrolē datorizēti. Ar lāzera starojumu enerģija tiek novadīta uz audiem, un iedarbojas, tos strauji iztvaicējot, bet netraumējot apkārtējos audus. Lāzera enerģija spēj novērst gan daudzveidīgus pataloģiskus ādas un zemādas veidojumus, gan kosmētiskus defektus. Liela nozīme lāzeriem ir metroloģijā, sevišķi stabilas frekvences lāzeru paredzēts izveidot par vienota laika, frekvences un garuma etalonu. Lāzeru lieto atmiņas tīrības zondēšanai ar kombinatīvās izkliedes palīdzību. Lāzers pamatā hologrāfiskajiem mikroskopiem, kuros iegūst telpisku attēlu, skanējošiem lāzeru mikroskopiem, kuros attēlu izvērš uz TV ekrāna, un mikroskopiem , kuros lāzeru izmanto optiskā attēla pastiprināšanai. Fotogrāfijā ar ultraīso impulsu lāzers iegūst līdz 10-14s ilgu eksponēšanas laiku un pētī ultraātros procesus, piemēram, gaismas impulsa izplatīšanos. Informācijas apstrādes tehnikā lāzers ir pamatā optiskās atmiņas ierīcēm, ar lāzeru ieraksta un nolasa informāciju no atmiņas kartēm, CD diskiem u.c. Optiskajā lokācijā ar lāzeru mēra objekta attālumu, ātrumu, ūdenstilpņu dziļumu. Lāzerus plaši lieto elektronikā (pikosekunžu impulsu ģeneratoros un slēdžos), integrālo mikroshēmu izgatavošanā.

Lāzera šovs[izmainīt šo sadaļu | labot pirmkodu]

Tas ir patiess greznums jebkuram pasākumam - sākot no izklaides naktsklubā līdz liela mēroga pasākumam, atklātā laukumā, kur notiek estrādes zvaigžņu koncerti, reklāmas akcijas, kampaņas vai prezentācijas.

Ir 3 lāzeru šova veidi:
1) Staru šovs (beam show), kas balstīts uz lāzera šova efektiem ar vai bez lāzera speciāliem spoguļiem.
2) Grafiskais šovs - šova elements, kuram nepieciešama projekcijas virsma (ekrāns, siena) uz kura var tikt attēlota multiplikācija, teksti, attēli, logotipi un pat video.
3) Grafiskais + Staru šovs to sinhronizē ar audio un video materiāliem.

Skatīt arī[izmainīt šo sadaļu | labot pirmkodu]