Laserid (0)

Laserid
Laseriks nimetatakse seadet, mis võimaldab kiirata kitsaid , koherentseid ja monokromaatilisi valgus kimpe. Sõna „ laser “ tuleneb ingliskeelsete sõnade Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation esitähtedest, mis tähendab valguse võimendumist stimuleeritud kiirguse kaudu. Stimuleeritud kiirguse tõestas juba 1916. aastal Albert Einstein, kuid esimese laseri teostamiseks läks siiski veel aega. Laseri põhimõtte avastas aga Charles Townes USA-s 1954. aastal, ning asus seda viimistlema koos Schawlow´ga. USA Theodore Maiman ehitas esimese töötava laseri, 16. mail 1960. aastal milleks oli sünteetilisest rubiinist silinder . Rubiin andis tavalist valgust välklambist ja kiirgas laserivalgust. Laseri leiutamisel ei saa aga ühte kindlat nime nimetada, oma osa on selles 20. sajandi suursaavutuses nii Townes'il, Schawlow'l, Gouldil, Maimanil, Prohhorovil kui ka Bassovil. Aatom kiirgab valguse footoni siis, kui elektron langeb aatomis kõrgema energiaga tasemelt ehk ergutatud olekust madalama energiaga tasemele . Enamikel juhtudel kiirgavad ergutatud elektronid valgusfootoneid iseeneslikult. Seda kutsutakse spontaanseks emissiooniks. Vähestel erijuhtudel aga takistavad ergutatud olekute omadused elektronidel valgust kiirata ilma, et footonid poleks valla päästetud teise valgusfootoni poolt. Sellist protsessi nimetatakse stimuleeritud emissiooniks. Stimuleeritud footonil on sama lainepikkus kui teda vallandanud footonil ja kaks footonit võnguvad kooskõlaliselt. Ühesuguse lainepikkusega footonite kohta, mis võnguvad kooskõlaliselt, öeldakse, et nad on koherentsed . Laseri valguse koherentsus on see, mis takistab laseri kiirel laiali hajuda ja teeb selle nii intensiivseks. Laserkiirtele on iseloomulikeks tunnusteks monokromaatilisus , koherentsus, vähene hajuvus, suur võimsus. Kõik laserid sisaldavad ainet, mida saab ergutatud olekusse panna, kuid mis ei kiirga valgust spontaanselt ja neil on valguse või elektrienergia allikas aine pumpamiseks erutatud olekusse. Lasereid liigitatakse töörežiimi, ergasti ja kiirguri järgi. Konkreetset laseritüüpi iseloomustavad tema kiirguse lainepikkused, monokromaatilisus (kiirgusjoone spektraallaius), koherentsusaste, moodistruktuur, polariseeritus, laserikiirte lahknemisnurk, kiirgusvõimsus (alalislaseril) või välke kestus, energia ja ilmumisaja sagedus, kasutegur ja mõõtmed. Aktiivaine oleku järgi eristatakse gaas-, vedelik- ja tahkislasereid. Lisaks saab lasereid liigitada genereeritava kiirguse järgi: iraser ( infrapuna -), uvaser (ultraviolett-), raser või xaser (röntgenikiirguse) ja gaser (gammakiirguse laser). Gaaslaserid on argoon-laser, heelium- neoon laser, krüptoonlaser. Tahkislaserid on rubiinlaser , kristall-laser ja vedeliklaseriks on värvlaser. Laseri tüüpideks on veel alalislaser, välklaser ehk impulsslaser (neodüümlaser), süsinikdioksiidlaser, eksimeerlaser, pooljuhtlaser ehk dioodlaser , kemolaserid. Laserite kasutamisel saab laserkiirguse rakendused jagada kahte põhirühma. Esiteks Objektide mõjutamine laserikiirgusega: intensiivne, koondatud laserikiir võib objekti sulatada, aurustada, pihustada või plasmastada, orgaanilisi aineid koaguleerida või söestada. Objekte mõjutatakse näiteks laserkirurgias, lasertöötluses (lõikamisel, mulgustamisel, keevitamisel), termotuumaenergeetikas (kütuse viimiseks tiheda kuuma plasma seisundisse) ja laserrelvastuses. Vähem intensiivne laserikiiritus võib ajendada objektide sisemuundeid, näiteks purustada keemilisi sidemeid , muuta aine optilisi ja muid omadusi. Seda rakendatakse näiteks laserkeemias, seal hulgas isotoopide eraldamisel, mittelineaarses optikas, geenitehnikas, laserravis ja põllumajanduses. Teiseks teabe hankimine ja töötlemine, teabe salvestamine , väljastamine, edastamine ja levitamine. Nende hulka kuuluvad laserite rakendused metroloogias ning kontrolli- ja tüürimisseadmeis (seal hulgas ülitäpsetel joonmõõtmistel, näiteks lasergüroskoopias), sirgete ja tasandite või muude pindade fikseerimisel (näiteks ehituses, mäenduses ja navigatsioonis). Kasutatakse ka teadus- ja tarbeuuringuis (füüsikas, keemias, bioloogias, meditsiinis, geofüüsikas, seal hulgas meteoroloogias , geodeesias ja seismoloogias, planeetide astromeetrias), tootmisprotsesside automaatohjes, defektoskoopias, keskkonnakaitses, kriminalistikas, museoloogias (eriti kasutatakse laserspektroskoopia, -interferomeetria, -lokatsiooni ja -spektrokronograafia meetodeid ning uurimisobjektide ruumilist, ajalist ja spektraalset valikumõjutust laseriga), optilises lasersides (seal hulgas telefonsides) ning laserteabelevis (ringhäälingus, televisioonis), optoelektroonikas ning arvutitehnikas (seal hulgas suure infomahu ja töökiirusega mäluseadmeis, lugemis- ja trükiseadmeis), lasergrammofonis, -videofonis ja -projektorteleviisoris. Laserit rakendatakse ka visuaalkunstis (seal hulgas vaatemängudes), valve- ja hoiatusseadmeis, kaupluste kassaseadmeis ning treeningu, näiteks lasketreeninguseadmeis. Laserite loomisega on kaasnenud uute teadusalade, näiteks holograafia, mittelineaarse optika ja spektrokronograafia teke ja areng. Arendusjärgus on lasertermotuumareaktor, valgusraal ja laserenergia jaotussüsteem. Laserseadmed on oma l-ta analoogidest (kui need on olemas) enamasti tunduvalt tõhusamad, näiteks võib laserikiir sidekanalina sama ajaga edastada 103-105 korda suuremat teabehulka kui raadiokanal. Sõjalised laserid on kasutamiseks veel liiga välja arenemata. Sõjaväelased ootavad juba ammu kõrgenergeetilisi laserrelvi kui raketitõrje tulevikku, kuid sellise sõjalise tehnika peatset ilmumist tuleb veel oodata. Läbiviidud testide käigus kahjustas mitu lasersüsteemide prototüüpi oma optikat. Suured probleemid on ka kõrgintensiivse kiirguse poolt genereeritava soojuse ärajuhtimisega. Laserikiirgus võib põhjustada organismi kahjustusi: paiksed kahjustused meenutavad põletust, silma tunginud kiir kutsub esile sarv - ja võrkkesta muutusi, kiirguse üldmõjul tekivad peamiselt närvisüsteemi ja vereringeelundite talitluse häired. Tööstuslaseritega lubatakse töötada seadme ohtlikkuse kohaselt sisustatud ruumis, silmade katseks seadmed blokeeritakse või kasutatakse kaitseprille ja kaitsemaski. Välioludes tõkestatakse kiirgust ekraanidega. Ka Eesti teadlased on loonud suuri asju laseritega seotud teadustöös. Laserspektroskoopia üks täpsemaid süsteeme on alguse saanud Tartu Ülikoolis. Eestis loodud lasereid eksporditakse isegi paljudesse maadesse. Seni võimsaim laser on aga loodud Michigani ülikoolis. Selle laseri inensiivsus on 2*1022W. Rakendada saaks seda laserit näiteks , et kiirendada elektrone praktiliselt valguse kiiruseni.
Kasutatud kirjandus:
1) http://en.wikipedia.org/wiki/Theodore_Harold_Maiman
2) http://et.wikipedia.org/wiki/Laser
3) http://www.miksike.ee/docs/referaadid2005/laserid1_evelin.ht m
4) http://web.zone.ee/stewekodukas/doks/11/laserid/laserid.ppt#1
5) http://www.3dnews.ee/est/news/Military_lazers_16_07_2009
6) http://www.fyysika.ee/uudised/meie?uudis_sisu=330
7) http://www.miksike.ee/docs/referaadid/laser_maarja1.ht m