Laserite kasutamine (3)

Referaat
Laserite kasutamine
2010
Laseritest
Juba 1917 tõestas Albert Einstein teoreetilist stimuleeritud kiirguse olemasolu, esimene töötav laser loodi aga alles 1960. aastal. Selle aasta 16. märtsil demonstreeris Theodore Maiman esimest funktsioneerivat laserit Hughes ’i uurimislaboris.
Sõna “ laser ” moodustavad tähed tulenevad ingliskeelsete sõnade algustähtedest ( light amplification stimulated by emission of radiation), mis tähendab “valguse võimendus kiirguse stimuleeritud emissiooni kaudu”. 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.
 
Laserid elektroonikas
Üks suurimaid valdkondi, kus tänapäeval lasereid kasutatakse on elektroonika . Elektroonikas kasutatakse lasereid enamasti info edastamiseks või jäädvustamiseks. Tänu valguse kõrgele võnkesagedusele, mis miljoneid kordi ületab raadiosagedusi, saab koherensetele valguslainetele salvestada ülisuuri teabehulki. Lasereid kasutatakse arvutite kompaktkettamälu lugejais ja kirjutajais, laserprinterites, skännerites, arvutihiirtes. Lisaks kasutatakse lasereid veel näiteks laser-kaardikepis. Tänu suurtele teabehulkadele, mida valguslained edastada suudavad, kasutatakse neid ka sidetehnikas, nimelt valguskaablites. Näiteks saab ainsat laserkanalit mööda edastada korraga kümneid tuhandeid telefonikõnesid.
Laserid meditsiinis
Lasereid kasutatakse veel suurel määral meditsiinis. Meditsiinis on laserid rakendust leidnud peaaegu kõigis selle eriharudes, nii haiguste diagnostikas kui ka ravis , eriti kirurgias . Suhteliselt nõrga laserkiirituse seansid, mis ei avalda kudedele esialgu nähtavat toimet, parandavad või leevendavad mitmeid hädasi: kiirendavad haavandite tervenemist, ravitsevad nahahaigusi. Laseritega kõrvaldatakse ka tänapäeval nahakortse, kõrvaldatakse tätoveeringuid ja sünnipäraseid pigmendiplekke.
Kirurgias kasutatakse laserskalpelle, kuna need on täielikult steriilsed ja veretud: kõrvetades peenemate veresoonte lõikekohti, ta ühtlasi suleb ka need. Laserite eelis kirurgias on ka see, et peeni kiudvalgusjuhtmeid kaudu saab laserkiirt juhtida tõvestatud kohta mitmesugustes kehaõõntes, soontes jne., ilma neid lõikeriiistaga avamata. Saab ka pihustada neeru-, sapi - ja põiekive, kõrvaldada lubiladestusi veresoontes. Viies ohtlikesse kasvajatesse sobivaid pigmente, lagunevad kasvajad paljudel juhtudel laserkiirituse toimel.
Juba aastakümneid kasutatakse lasereid ka silmakliinikutes: hõlpsasti silma juhitava laserkiirega saab mitmeid raskeid silmarikkeid parandada ilma seni vältimatu kirurgilise sekkumiseta, seejuures peaaegu vaevusteta, patsienti haiglasse võtmata.
Laserid tööstuses
Lasereid kasutatakse ka tööstuses materjalide täpseks lõikamiseks, laserkeevituseks, puurimiseks, märkimiseks. Võrreldes tavaseadeldistega on lasertööpingid kergemini automatiseeritavad ja neid saab kergemini arvutitega kontrollida. Näiteks tehakse tänapäeva autotööstuses 70-80% autokere keevitusoperatsioone robotlaseragregaatitel.
Laserite tulevik
Lisaks kasutatakse lasereid veel meelelahutuses, sõjatehnikas, ehituses, valveseadmetes bioloogias ja keemias. Tulevikus areneb lasertehnoloogia arvatavasti veel kaugemale. Tõenäoliselt luuakse järgmise kümnendi jooksul laserid, mis tekitavad kõigest ühe nanomeetrise läbimõõduga laserkiire, mis on umbes ühe väikese molekuli läbimõõduks. Selliste laserkiirte kasutamine avab uued võimalused üliväikeste objektide, näiteks DNA molekuli, mikroskoopiliseks uurimiseks. Ka andmesalvestustihedus ületab praeguse mitme suurusjärgu võrra. Gigabaitide asemel mõõdetakse kõvaketaste suurust petabaitides.
Thomas M. Baer Stanfordi fotoonikakeskusest ja Nicholas P. Bigelow Rochesteri ülikooli füüsika- ja astronoomiaosakonnast kirjutasid ajakirjas Nature , et 2020. aastaks tekitatakse laseritega ülilühikest aega vältavaid footonite purskeid . Ajavahemik on nii väike, et isegi valgus ei suuda selle aja jooksul levida rohkem kui ühe aatomi laiuse vahemiku. Selliseid lasereid on vaja keemiliste reaktsioonide detailseks uurimiseks või isegi pidevas liikumises olevate elektronide nö pildistamiseks. Võimendatud ülilühikesi laserimpulsse saaks kasutada osakeste kiirendamiseks valguse kiiruse lähedaste kiirusteni. Tulevikus peaks olema ka võimalik rajada ühte tuppa äramahtuvaid seadmeid, kus saaks osakesi kiirendada pea sama suurte energiatasemeteni kui praegustes suurimates osakeste kiirendites.
Järgmise põlvkonna laserite abil peaks olema loodetavasti võimalik luua sarnaseid tingimusi, mis valitsevad tähtede tuumades ja tekitada juhitav termotuumareaktsioon, mis annaks inimkonna käsutusse ammendamatu energiaallika. Erinevalt tänapäevastest tuumaenergiast, on termotuumaanergia saastavaba.
Lasereid kasutatakse kõikjal meie ümber ja tulevikus muutuvad need arvatavasti veel tähtsamaks.
Kasutatud materjalid:
Henn Käämbre – Füüsika XII klassile
www.miksike.ee
www.kool.ee
en.wikipedia.org
postimees .ee