Laser (1)

LASER
SISSEJUHATUS
Esimene laseri nime kandev optiline seade ehitati 1960. aastal ameeriklase Maimani poolt.
Laser on üpris eriliste omadustega valgusallikas . Tema poolt kiiratud valgus võib olla erakordselt intensiivne, äärmiselt kõrge koherentsuse astmega ning koondunud väga kitsasse lainepikkuste vahemikku, pealegi võib valgus allikast väljuda kitsa paralleelkiirtekimbuna. Laseri väga intensiivne, rangelt koherentne ja kitsa paralleelkiirtekimbuna leviv kiirgus on toonud talle väga palju kasutusalasid. Laser ei ole mitte üksnes energiarikas ja suure intensiivsusega, vaid ühendab lisaks sellele mõningaid valguslainete jooned raadiolainete mõningate omadustega.
Laser on tegelikult lühend sõnade algtähtedestr. Sõna laser on lühend inglisekeelseist sõnadest “ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (valguse võimendamine stimuleeritud kiirguse varal ). Laser kui optiline kvantgeneraator (kvantelektroonika põhiseade) on valguse stimuleeritud kiirgumisel rajanev koherentvalguse generaator, harvemini valguse võimendi. Laserite töö põhineb pööratud jaotuse ja optilise pumpamise nime kandvatel kvantoptilistel protsessidel.
Laseri põhimõtte avastas Charles Townes USA-s 1954. aastal.
LASERI TÖÖPÕHIMÕTE

• Pump (väline kiirgus, elektrivool) ergastab aktiivaine aatomeid või molekule.
  
• Spontaanne kiirgumine – ergastatud osakesed kaotavad energiat kvandi kiirgamisega .
  
• Stimuleeritud kiirgumine. Kui ergastatud osakesele mõjub kvant , siis naaseb osake põhiolekusse kiirates kvandi, mis on koherentne ja samasuunaline pealelangeva kvandiga. Stimuleeritud kiirgumine toimub juhul kui kvandi energia on sama suur kui osakese ergastatud ja põhioleku energiate erinevus.
  
• Kiirguse neeldumine on stimuleeritud kiirguse tekkega konkureeriv protsess. Neeldumise tulemusel viiakse osakesed (tagasi) ergastatud olekusse.
  
• Kiirgus saab võimenduda, kui stimuleeritud kiirguse teke ületab kiirguse neeldumist. See on võimalik ainult juhul, kui ergastatud olekus on rohkem osakesi kui põhiolekus – pöördhõive.
  
• Pöördhõive saavutatakse pumpamise abil.
  

LASERITE TÜÜBID
Lasereid jagatakse töörežiimi, ergasti ja kiirguri järgi.

• alalislaserid
  
• välklaserid (impulsslaser)
  
  • neodüümlaser
    
• tahkislaser- kiirgurkeha on monokristall või klaasplokk, elementaarkiirgurid on lisandiioonid või värvustsentrid. Tahkislaserid on enamasti mõõduka kasuteguriga, kuid võimsad välkelaserid, mis genereerivad peamiselt spektri nähtavas ja lähiinfrapunapiirkonnas. Värvustsenterlaserite lainepikkus on laias infrapunaalas reguleeritav. Tahkislasereid käivitatakse fotoergastusega (võimsate välklampidega, teiste laseritega, sealhulgas pooljuhtlaseritega). Paljudel juhtudel rakendatakse neid hiidvälkerežiimis.
  
  • rubiinlaser
    
  • kristall -laser
    
• gaaslaser- ergastamiseks rakendatakse neis harilikult töögaasis toimuvat elektrilahendust, harvemini ergastatakse neid keemiliselt, valgus- või korpuskulaarkiiritusega. Elementaarkiirgureiks on neis aatomid , ioonlasereis ioonid , molekullasereis molekulid. Molekullasereis rakendatakse võnkeseisunditevahelisi siirdeid. Gaaslaseritega on saadud valguse seni ületamatud koherentsus, monokromaatilisus ja suunatus. Võimsamad ja suurimad gaaslaserid on jugalaserid ehk gaasidünaamilised laserid (võimsus 104-105 W). Neis lastakse tuline aktiivgaas läbi düüside ülehelikiiruslikult paisuda, kusjuures ta järsult (adiabaatiliselt) jahtub. Gaasi molekulide madalamad võnketasemed tühjenevad seejuures kõrgemaist kiiremini, tekib pöördhõive. On leitud, et heeliumi ja neooni teatud vahekorras segu võib tekitada laserefekti. Seejuures asub gaas torus sobivate peeglite vahel. Gaasiaatomeid saab ergastada (kutsuda esile pööratud jaotuse), kui tekitada gaasisambas elektrilahendus. Kümnest osast heeliumist ning ühest osas neoonist koosnevas gaasisegus on võimalik esile kutsuda selline laserefekt, mille tulemusena kiirgub laserivalgust punases lainealas. Et gaasisegu kiirgab piisavalt, siis on seadme kiirgusvõimsus rubiinlaseriga võrreldes palju väiksem, kummatigi on gaaslaseri valmistamine ja ekspluateerimine naeruväärselt odav. Ta valgus on monokromaatiline, kuigi mitte väga hele, ja koherentne – väärtuslik abimees mitmete optiliste uurimustööde puhul. Mõõtmetelt üsna tillukesed, nii et neid saab koguni käes hoida.
  
  • argoon -laser
    
  • heelium - neoon laser
    
  • krüptoonlaser
    
• süsinikdioksiidlaser
  
• eksimeerlaser
  
• vedeliklaserid
  
  • värvlaser- nende aktiivaine on orgaanilise värvaine lagus , ergasti harilikult teine laser. Värvilaserite põhieelis on valguslaine pikkuse sujuv muudetavus laias vahemikus (umbes 0,3-1,3 μm). See toimub astmeliselt värvaine vahetamise teel ning astme piires sujuvalt resonaatori spektraalselektoriga.
    
• pooljuhtlaser ( dioodlaser )- luuakse pöördhõive pooljuhikristalli juhtivus- ja valentsitsooni vahel ning kiirgus tekib elektronide ja aukude stimuleeritud rekombineerumisel.
  
• kemolaserid- valguse genereerimiseks juhitakse kokku gaasid, mille reageerides tekivad ergastatud molekulid. Reaktsiooni vallandab harilikult valgustamine või elektrilahendus, mis tekitab vabu radikaale. Enamik kemolasereid kiirgab infrapunaalal (2-6 μm), nende kasutegur ja võimsus on suured.
  

KASUTAMINE

• Tööstuses – materjalide täpseks lõikamiseks, laserkeevituseks, puurimiseks
  
• Elektroonikas – CD-seadmetes (heli digitaalne salvestamine : programmi kuulamiseks kompaktplaadilt on vastavas grammofonis laser. Selle nõrga võimsusega kiir loeb plaadile salvestatud digitaalinfot, andes vastava elektrisignaali, mida saab võimedada ja heliks muuta), laserprinterites, laserhiirtes, laserskännerites, lasersihikutes
  
• Meditsiinis – hambaravi (kaariese kõrvaldamiseks hammastelt, plommide sulatamiseks hambaauku, juurekanalite raviks), silmalõikused (lühinägevus, kaugelenägevus), laserkirurgia ( kortsude vähendamiseks), laserteraapia; kirurgid kasutavad laserit haigete opereerimiseks, laseriga lõigates ei tule haavast verd ja temaga saab ka haava sulgeda
  
• Meelelahutuses – holograafias (ruumilise kujutise tekitamiseks), visuaalkunstis
  
• Sõjaväes
  
• Sidetehnika – valguskaablid
  
• Mõõteseadmetes – maamõõtmine
  
• Ehituses – lasernivelliirid (nt kas põrand on kaldus või otse)
  
• Valveseadmetes
  

Liina Kriisa 12B