Jest niemal w każdym współczesnym domu, sklepie, gabinecie kosmetycznym czy warsztacie samochodowym. Pozwala nam słuchać muzyki, oglądać filmy czy po prostu usunąć zbędne owłosienie. To laser, wynalazek tak powszechny, że wydaje się niemożliwe, by bez niego funkcjonować. W niedzielę wynalazek skończy 50 lat.
16 maja 1960 roku amerykański uczony, zatrudniony w przedsiębiorstwie Hughes Electric Corporation w Kalifornii, Theodore Maiman, po raz pierwszy uzyskał efekt, nazywany "wzmocnieniem światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania", czyli "Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation", w skrócie LASER.
Ten pionierski eksperyment, którego celem było pokazanie, że zasadę stosowaną już od kilku lat do wytwarzania mikrofal można wykorzystać także do wytwarzania światła, zapoczątkował rewolucję technologiczną, która dziś ułatwia i umila nam życie na każdym niemal kroku.
- Lasery są obecnie stosowane w tak wielu dziedzinach, że często nie zdajemy sobie sprawy z faktu używania produktów lub technologii, które bez nich nie mogłyby istnieć - mówił fizyk Czesław Radzewicz z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, Koordynator Narodowego Laboratorium Technologii Kwantowych (NLTK).
Jak to działa?
Sposób działania laserów barwnie opisują naukowcy z NLTK. Fotony pochodzące z typowych źródeł, np. z żarówki, świetlówki lub Słońca, niosą różne energie i lecą w
Lasery są obecnie stosowane w tak wielu dziedzinach, że często nie zdajemy sobie sprawy z faktu używania produktów lub technologii, które bez nich nie mogłyby istnieć. Czesław Radzewicz, Wydział Fizyki UW
Światło laserowe ma podobną organizację: tworzące je fotony poruszają się w jednym kierunku (wiązka jest skolimowana), niosą niemal identyczną energię (są monochromatyczne), związane z nimi fale świetlne drgają w tej samej płaszczyźnie (polaryzacja liniowa), a ich grzbiety i doliny są zsynchronizowane (koherentne – zgodne w fazie).
Laserowy postęp
Pierwszy laser, skonstruowany przez Theodora Maimana wykorzystywał do skupienia światła kryształ rubinu, wyszlifowany w kształt walca.
- Wokół tego walca owinięta była lampa błyskowa, przypominająca rurkę, stosowaną w neonach reklamowych. Błysk lampy pobudzał kryształ, dzięki czemu w jego wnętrzu możliwe było wzmacnianie światła. Płaskie podstawy lasera były pokryte srebrem, tworząc rodzaj częściowo przezroczystych luster, od których wielokrotnie odbijało się wzmacniane światło zanim wydostało się na zewnątrz - tłumaczył prof. Radzewicz.
W kolejnych latach udało się wytworzyć akcję laserową w gazach i cieczach. Dziś najpopularniejsze są lasery półprzewodnikowe, w których fotony są emitowane podczas przepływu prądu elektrycznego przez stosowną strukturę półprzewodnikową. Lasery tego typu trafiły dosłownie pod strzechy.
Znaczące są tu dokonania polskich naukowców z Instytutu Wysokich Ciśnień PAN i związaną z instytutem spółką TopGaN, którzy opracowali przełomowa metodę wytwarzania niebieskich laserów dzięki półprzewodnikowi azotkowi galu (GaN).
Jest niemal wszędzie
Specyficzne właściwości światła laserowego powodują, że można je wykorzystywać w wielu dziedzinach.
- Na przykład, możliwość ogniskowania wiązki laserowej do bardzo małych rozmiarów to podstawa działania dysków optycznych CD, DVD i Blue Ray, bo im mniejsza plamka, tym więcej bitów można zapisać na dysku. Kiedy laser emituje impuls o dużej mocy, to w ognisku wiązki jest tak duże natężenie, że powstaje tam gorąca plazma, którą uczeni chcą nawet wykorzystać do "zapalenia" reakcji termojądrowej - mówił fizyk.
Bez możliwości ogniskowania wiązki laserowej do małej plamki nie byłoby sieci światłowodowych stanowiących podstawę współczesnego internetu, bo nie byłoby sposobu wprowadzenia światła do rdzenia światłowodu.
Ponieważ wiązka lasera jest mało rozbieżna, to można wysłać ją na wiele kilometrów i mierzyć światło rozproszone przez chmury, zanieczyszczenia lub inne obiekty w atmosferze, czyli zbudować lidar - laserowy odpowiednik radaru i przy jego pomocy mierzyć własności atmosfery, czy też pozycję samolotu bez ruszania się z powierzchni Ziemi.
- W wersji policyjnej urządzenie to skutecznie dyscyplinuje kierowców łamiących ograniczenia prędkości i, w odróżnieniu od klasycznego radaru, nie może być wykryte - zaznaczył prof. Radzewicz.
Zogniskowana wiązka laserowa to także uniwersalne i niezwykle precyzyjne narzędzie. Wykorzystuje się ją do, między innymi, cięcia i spawania metali, na przykład, karoserii samochodów czy obróbki paneli słonecznych. Jest to także jedyna znana obecnie metoda wiercenia otworów w głowicach drukarek atramentowych. W medycynie wiązka laserowa to sterylny skalpel używany, przede wszystkim, do korekty wad wzroku oraz operacji na siatkówce.
Precyzję sterowania wiązkami laserowymi wykorzystują czytniki kodów kreskowych, spotykane w kasie każdego większego sklepu. Czarne kreski w kodach inaczej rozpraszają światło niż białe odstępy między nimi. Czujniki, znajdujące się w czytniku są w stanie wykryć zmiany w rozproszonej wiązce lasera i "odczytać" układ kresek w kodzie.
Kolejne kroki przed nami
Lasery, już dziś stosowane powszechnie, są dopiero na początku swojej drogi rozwoju. Trwają badania nad powiększeniem ich mocy i uzyskaniem promieniowania z obszaru rentgenowskiego. Wykorzystanie laserów jako broni, sposobu komunikacji, narzędzia do obróbki materiałów lub do przesyłania energii na naszych oczach przechodzi ze sfery science fiction do rzeczywistości.
- W świecie laserów nie ma granic, są tylko horyzonty - powiedział francuski fizyk Gérard Mourou, odkrywca techniki wzmacniania światła laserowego i wytwarzania ultrakrótkich impulsów.
Źródło: PAP, tvn24.pl
Źródło zdjęcia głównego: Wydział Fizyki UW, Piotr Fita