Laser – definition och hur det fungerar: princip, typer och användning

En laser skapar ljus genom särskilda åtgärder som involverar ett material som kallas "optiskt förstärkningsmedium". Energi förs in i detta material med hjälp av en "energipump". Detta kan vara elektricitet, en annan ljuskälla eller någon annan energikälla. Energin får materialet att gå in i ett så kallat exciterat tillstånd. Detta innebär att elektronerna i materialet har extra energi, och efter en viss tid kommer de att förlora denna energi. När de förlorar energin kommer de att frigöra en foton (en ljuspartikel). Den typ av optiskt förstärkningsmedium som används kommer att ändra vilken färg (våglängd) som kommer att produceras. Att frigöra fotoner är den del av lasern som handlar om "stimulerad strålningsemission".

Många saker kan utstråla ljus, till exempel en glödlampa, men ljuset är inte organiserat i en riktning och fas. Genom att använda ett elektriskt fält för att styra hur ljuset skapas kommer detta ljus nu att vara av ett slag och gå i en riktning. Detta är "koherent strålning".

Vid denna tidpunkt är ljuset fortfarande svagt. Speglarna på vardera sidan skickar ljuset fram och tillbaka, och detta träffar andra delar av det optiska förstärkningsmediet, vilket gör att dessa delar också släpper ut fotoner och genererar mer ljus ("ljusförstärkning"). När hela det optiska förstärkningsmediet producerar ljus kallas detta för mättnad och skapar en mycket stark ljusstråle vid en mycket smal våglängd, som vi skulle kalla en laserstråle.

Ljuset rör sig genom mediet mellan de två speglarna som reflekterar ljuset fram och tillbaka mellan dem. En av speglarna reflekterar dock bara delvis ljuset, vilket gör att en del av ljuset kan komma ut. Det ljus som flyr utgör laserstrålen.

Detta är en enkel konstruktion; den typ av optiskt förstärkningsmedium som används definierar vanligtvis lasertypen. Det kan vara en kristall, exempel är rubin och en granatkristall gjord av yttrium och aluminium med sällsynta jordartsmetaller inblandade. Gaser kan användas för laser genom att använda helium, kväve, koldioxid, neon eller andra. Stora, kraftfulla lasrar är vanligtvis gaslasrar. En frielektronlaser använder en elektronstråle och kan ställas in så att den avger olika färger. Slutligen använder de minsta lasrarna halvledardioder för att producera ljuset. Dessa är den mest talrika sorten och används i elektronik.

Albert Einstein var den förste som fick idén om stimulerad emission som skulle kunna ge upphov till en laser. Därefter gick många år åt till att se om idén fungerade. Till en början lyckades man göra masrar och senare kom man på hur man kunde göra kortare synliga våglängder. Det var inte förrän 1959 som namnet laser myntades av Gordon Gould i en forskningsrapport. Den första fungerande lasern sattes ihop och användes av Theodore Maiman vid Hughes Research Laboratories 1960. Många började arbeta med lasrar vid denna tid, och frågan om vem som skulle få patentet på lasern avgjordes inte förrän 1987 (Gould vann rättigheterna).

Lasrar har funnit många användningsområden både i vardagen och inom industrin. Lasrar finns i CD- och DVD-spelare, där de läser koden från skivan som innehåller en låt eller film. En laser används ofta för att läsa streckkoder eller SQR-koder på saker som säljs i en butik, för att identifiera en produkt och ange dess pris. Lasrar används inom medicinen, särskilt vid LASIK-ögonkirurgi, där lasern används för att reparera hornhinnans form. Den används inom kemin med spektroskopi för att identifiera material, för att ta reda på vilken typ av gaser, fasta ämnen eller vätskor något är gjort av. Starkare lasrar kan användas för att skära metall.

Lasrar används för att mäta månens avstånd till jorden genom att reflektera på reflektorer som lämnats kvar av Apollo-uppdragen. Genom att mäta den tid det tar för ljuset att färdas till månen och tillbaka igen kan vi ta reda på exakt hur långt bort månen är.

Laserpekare används av människor för att peka på en plats på en karta eller ett diagram. De används till exempel av föreläsare. Många människor gillar också att leka med laserpekare. En del människor har riktat dem mot flygplan. Detta är farligt, och det är också olagligt i många länder. Människor har arresterats och åtalats för detta brott.

Datorer använder vanligtvis en optisk datormus som inmatningsenhet. Moderna laserpekare är för stora och kraftfulla för detta ändamål, så de flesta möss använder små VCSEL:er, eller "Vertical cavity surface-emitting lasers" för detta ändamål. Dessa lasrar används också i DVD- och cd-rom-enheter och för holografi.