Shadow

Hur Fungerar Laser?

Lasrar finns i många former och storlekar och utför en mängd funktioner som sträcker sig från kirurgi till videoinspelning. I det här dokumentet förklarar vi hur laserljus produceras, varför det är så användbart och några av dess vanligaste applikationer.

År 1917 introducerade Albert Einstein fysikfältet till begreppet laser, som står för ljusförstärkning av den stimulerade strålningsemissionen.

Vad är så speciellt med laserljus?

Laserljus har flera egenskaper som tillsammans gör lasrar användbara. Laserljus är mycket monokromatiskt Ljus från solen, eller en glödlampa, ses i allmänhet som ”vit” och innehåller många våglängder av ljus (ses som olika färger när vitt ljus sätts igenom ett prisma). Laserljus är däremot i allmänhet monokromatiskt, vilket innebär att det innehåller en specifik våglängd för ljus.

Denna våglängd kan ses som en enda, intensiv färg (röd, blå, grön eller gul, etc., beroende på lasern) eller osynlig (ultraviolett eller infraröd). Lasrar kan och kan producera mer än en färg, men dessa färger är diskreta individuella våglängder av ljus, i motsats till det breda spektrumet av solljus eller fluorescerande ljus.

Laserljus är mycket sammanhängande Laserljusvåglängder kan betraktas som ”organiserade”. Laserljusens fotoner “rör sig i steg” med varandra. Ljus från en glödlampa har till exempel våglängder som inte är lika organiserade, där de flesta fotons vågor rör sig kaotiskt och stör varandra.

Det är den sammanhängande, organiserade egenskapen hos laserljus som gör att den kan leverera en hög mängd energi i en liten stråle. När det gäller synliga lasrar gör detta laserstrålen mycket ljus och intensiv.

Laserljus är mycket riktat

På grund av hur laserljus produceras är strålar av laserljus mycket små, täta och ljusa. Fotoner i en laserstråle färdas nästan exakt parallellt med varandra.

Laserljus kan vara skarpt fokuserat

På grund av laserljusets parallellitet kan det fokuseras mycket effektivt jämfört med andra typer av ljus. Fokuserade laserstrålar kan leverera mycket stora mängder energi över ett mycket litet utrymme. Hur fungerar det? Det finns många sätt att producera laserljus.

Det finns lasrar som arbetar med gas, kristaller och dioder; lasrar kan vara lika små som ett nålhuvud eller vara tillräckligt stora för att fylla ett helt rum. Men de arbetar alla på samma allmänna princip. Ljusförstärkning (genererar mer ljus) genom den stimulerade strålningsemissionen (genom att stimulera atomer med strålning – det vill säga ljus).

Vi kommer att förklara driften av en vanlig typ av laser, gasjonlasern, som används inom vetenskap, industri såväl som Laser Fantasy-laserutställningar.

Gasjonlasrar

Gasjonlasrar använder ett rör fyllt med en gas. Ofta är denna gas en ädel (eller inert) gas (såsom Neon, Argon eller Krypton, eller en kombination av ädelgaser).

Detta rör appliceras med en högspänningsström som rör sig längs rörets längd. Denna urladdning skapar kollisioner mellan elektronerna från elen och gasens atomer i laserröret. Samspelet mellan elektronerna och gasens atomer påverkar gasatomerna; gasatomerna joniseras, och vissa gasjoner som interagerar med fler elektroner är upphetsade till ett högre energitillstånd.

Atomerna återgår snabbt till ett lägre energitillstånd, men när man går från det upphetsade tillståndet till ett lägre energitillstånd genereras en ljusfoton. Detta är den allmänna principen bakom ett neonljus. Lasrar går dock ett steg längre. Fotonen som släpps kan sedan interagera med andra gasatomer.

Om atomen råkar vara upphetsad genereras en andra foton när atomen återgår till sitt ”jord” energitillstånd. Denna andra foton är på alla sätt identisk med den ursprungliga foton i riktning, polarisering och energi. En “kedjereaktion” äger rum, där fotoner kontinuerligt kolliderar med gasatomer, genererar fler fotoner och därmed mer ljus. Riktningen för detta ljus är slumpmässig, med några fotoner som går upp, ner och på nästan alla möjliga sätt.

För att producera en enda koncentrerad stråle placeras en spegel i vardera änden av laserröret. Fotoner som råkar färdas i riktningen längs speglarna reflekteras tillbaka ner till den andra spegeln, och så vidare. Under dessa reflektioner interagerar fotonerna med fler atomer i processen som beskrivs ovan, vilket skapar fler fotoner som rör sig mellan speglarna. Snart sänder många atomer längs spegelaxeln ljus genom denna stimulerade emission av fotoner.

Medan elen håller gasatomerna beredda och redo att sända ut fotoner. Ljuset som rör sig mellan speglarna (vid ljusets hastighet) kan betraktas som ett optiskt resonanshålrum som, som ett organrör för ljudvågor, kan ställas in för att resonera en eller flera våglängder (eller färger) av ljus.

En av speglarna i ena änden av laserröret är bara delvis reflekterande och släpper ut en liten del av lasern. Den här lilla mängden ljus är laserstrålen som kan användas för att skanna en väska, läsa och skriva ljud och video till eller från en CD, utföra känsliga operationer och mycket mer.

Laserapplikationer

Lasrar själva utför inte magiskt kirurgi, läser inte CD-skivor eller väver konserter med laserljus. Lasrar producerar bara en unik ljuskälla och energi för dessa olika applikationer. En mängd olika optik, mekaniska motorer, elektronik och optiska detektorer och god teknik (människor!) samlas för att producera alla dessa fantastiska bedrifter med detta unika ljus. Lasrar är kärnan i dessa applikationer, vilket gör dem möjliga.

Några av de många användingsområden med lasrar:

Laserkirurgi

Dn lilla, intensiva ljusstrålen från en laser kan fokuseras med linser och annan optik för att ge en energipunkt som är tillräckligt intensiv för att bränna igenom levande vävnad. Eftersom ”laserskalpeller” är så små kan de mycket delikat nå svåra platser. Den brinnande effekten av laseroperationer koagulerar också snittet omedelbart och minskar blödningen dramatiskt.

Att återfästa fristående näthinnor och använda fiberoptik för att bränna bort magsår är bara ett par av de medicinska användningsområdena för lasrar.

Lasersvetsning, skärning och sprängning

Återigen gör laserns intensiva energi när den är fokuserad idealisk för koncentrerad svetsning och skärning. Laserskärning och svetsning kan vara extremt precis. Klädtillverkare kan använda lasrar för att klippa exakta tygmönster. Lasersvetsning kan möjliggöra enkel svetsning av två olika typer av metaller och legeringar, vilket gör den resulterande produkten betydligt starkare än andra tekniker.

Många biltillverkare använder lasersvetsning som utförs av industrirobotar för att montera fordon.

Lasershower

Laserljusets intensiva färg har öppnat en helt ny värld för laserartister att väva en ny typ av konst. Lasershow utförs vanligtvis i planetariskupoler och sätts på musik som sträcker sig från new age till rock and roll.

Tidigare ändrades färger genom att använda laservaror med flera vågor (som Argons eller Krypton-Argons) och sända lasern genom kristaller som vibrerar med ljudvågor vilket ger bilder i fullfärg.

Moderna lasrar är halvledarlaser eller diodlasrar, som är mycket enklare och effektivare. Uppsättningar av höghastighetsvibrerande speglar som kallas skannrar flyttar laserstrålarna i olika mönster. Abstrakta bilder eller animationer i full rörelse kan visas i lasershower.

Kraftgenerering

Laserdriven fusion har hopp om att generera enorma mängder elektricitet genom användning av lasrar. Mycket fokuserade, kraftfulla lasrar “zappar” små bränslepellets från alla sidor, vilket utlöser termonukleär fusion.

Informationsteknologi

Lasrar är kärnan i några av de snabbaste metoderna för informationsöverföring som hittills utformats.

Med hjälp av fiberoptiska buntar för att bära dem kan modulerade laserstrålar överföra stora mängder information. Internet är bara en informationsteknik som utnyttjar laserfiberoptik.

Faktum är att de ord du läser nu överfördes troligen det mesta till din dator via lasrar på detta sätt. Lasrar i CD-spelare och videoskivspelare läser små reflektioner på CD-skivor och laserskivor för att spela upp ljud och video.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *