Tanpa berlebihan, laser bisa disebut sebagai salah satu penemuan terpenting abad ke-20.

Apa itu laser?

Secara sederhana, laser adalah perangkat yang menciptakan berkas cahaya sempit yang kuat. Nama "laser" ( laser) dibentuk dengan menambahkan huruf pertama dari kata yang membentuk ekspresi bahasa Inggris aku ight A penggandaan oleh S terstimulasi e misi dari R adiasiyang berarti "Amplifikasi cahaya dengan emisi terstimulasi." Laser menciptakan sinar cahaya dengan kekuatan sedemikian rupa sehingga mereka mampu membakar lubang bahkan pada bahan yang sangat kuat, hanya menghabiskan sepersekian detik.

Cahaya normal dihamburkan dari sumber ke arah yang berbeda. Untuk mengumpulkannya menjadi sinar, berbagai lensa optik atau cermin cekung digunakan. Dan meskipun seberkas cahaya seperti itu bahkan bisa menyalakan api, itu energi tidak dapat dibandingkan dengan energi sinar laser.

Cara kerja laser

Dasar fisik dari operasi laser adalah fenomena dipaksa, atau diinduksi, radiasi ... Apa esensinya? Jenis radiasi apa yang disebut terstimulasi?

Dalam keadaan stabil, atom suatu zat memiliki energi paling rendah. Kondisi ini dianggap utama dan semua negara bagian lainnya adalah bergairah ... Jika kita membandingkan energi keadaan ini, maka dalam keadaan tereksitasi itu berlebihan dibandingkan dengan keadaan dasar. Ketika sebuah atom berpindah dari keadaan tereksitasi ke keadaan stabil, atom secara spontan memancarkan foton. Radiasi elektromagnetik semacam itu disebut emisi spontan.

Jika transisi dari keadaan tereksitasi ke keadaan stabil terjadi secara paksa di bawah pengaruh foton eksternal (penginduksi), maka foton baru akan terbentuk, yang energinya sama dengan perbedaan energi antara tingkat transisi. Radiasi semacam itu disebut dipaksa .

Foton baru adalah "salinan persis" dari foton yang menyebabkan emisi. Ini memiliki energi, frekuensi dan fase yang sama. Namun, itu tidak diserap oleh atom. Akibatnya, sudah ada dua foton. Dengan bekerja pada atom lain, mereka menyebabkan munculnya foton baru lebih lanjut.

Foton baru dipancarkan oleh atom di bawah pengaruh foton penginduksi ketika atom dalam keadaan tereksitasi. Sebuah atom dalam keadaan tidak tereksitasi hanya akan menyerap foton penginduksi. Oleh karena itu, agar cahaya dapat diperkuat, perlu ada atom yang lebih tereksitasi daripada yang tidak tereksitasi. Keadaan ini disebut inversi populasi.

Cara kerja laser

Desain laser mencakup 3 elemen:

1. Sumber energi yang disebut mekanisme "pemompaan" laser.

2. Tubuh kerja laser.

3. Sebuah sistem cermin, atau resonator optik.

Sumber energi bisa berbeda: listrik, termal, kimia, cahaya, dll. Tugas mereka adalah "memompa" energi ke dalam tubuh kerja laser untuk menghasilkan aliran sinar laser di dalamnya. Sumber energi disebut mekanisme"Memompa" laser ... Ini bisa berupa reaksi kimia, laser lain, lampu kilat, celah percikan listrik, dll.

Badan kerja , atau bahan laser , disebut zat yang melakukan fungsi lingkungan aktif... Sebenarnya, sinar laser dihasilkan di media kerja. Bagaimana ini terjadi?

Pada awal proses, fluida kerja berada dalam keadaan kesetimbangan termodinamika, dan sebagian besar atom berada dalam keadaan normal. Untuk menyebabkan radiasi, perlu untuk bertindak pada atom sehingga sistem masuk ke keadaan inversi populasi... Tugas ini dilakukan oleh mekanisme pemompaan laser. Segera setelah foton baru muncul dalam satu atom, itu akan memulai proses pembentukan foton di atom lain. Proses ini akan segera menjadi longsoran salju. Semua foton yang dihasilkan akan memiliki frekuensi yang sama, dan gelombang cahaya akan membentuk pancaran kekuatan yang sangat besar.

Zat padat, cair, gas dan plasma digunakan sebagai media aktif dalam laser. Misalnya, dalam laser pertama, dibuat pada tahun 1960, ruby ​​​​adalah media aktif.

Badan kerja ditempatkan di resonator optik ... Yang paling sederhana terdiri dari dua cermin paralel, salah satunya tembus cahaya. Ini mencerminkan bagian dari cahaya, dan mentransmisikan bagian. Mencerminkan dari cermin, berkas cahaya datang kembali dan menguatkan. Proses ini diulang berkali-kali. Gelombang cahaya yang sangat kuat dihasilkan di pintu keluar dari laser. Mungkin ada lebih banyak cermin di resonator.

Selain itu, perangkat lain digunakan dalam laser - cermin yang dapat mengubah sudut rotasi, filter, modulator, dll. Dengan bantuan mereka, Anda dapat mengubah panjang gelombang, durasi pulsa, dan parameter lainnya.

Ketika laser ditemukan

Pada tahun 1964, fisikawan Rusia Alexander Mikhailovich Prokhorov dan Nikolai Gennadievich Basov, serta fisikawan Amerika Charles Hard Towns, menjadi pemenang Hadiah Nobel dalam fisika, yang diberikan kepada mereka untuk penemuan prinsip operasi generator kuantum pada amonia (maser), yang mereka buat secara independen satu sama lain.

Alexander Mikhailovich Prokhorov

Nikolay Gennadievich Basov

Harus dikatakan bahwa maser dibuat 10 tahun sebelum peristiwa ini, pada tahun 1954. Ini memancarkan gelombang elektromagnetik yang koheren dalam kisaran sentimeter dan menjadi prototipe laser.

Penulis laser optik pertama yang bekerja adalah fisikawan Amerika Theodore Maiman. Pada 16 Mei 1960, ia pertama kali menerima sinar laser merah dari batang rubi merah. Panjang gelombang radiasi ini adalah 694 nanometer.

Theodore Maiman

Laser modern tersedia dalam berbagai ukuran, dari laser semikonduktor mikroskopis hingga laser neodymium berukuran lapangan sepak bola.

Aplikasi laser

Tidak mungkin membayangkan kehidupan modern tanpa laser. Teknologi laser digunakan di berbagai industri: sains, teknologi, kedokteran.

Dalam kehidupan sehari-hari kita menggunakan printer laser. Toko menggunakan pembaca barcode laser.

Dengan bantuan sinar laser di industri dimungkinkan untuk melakukan perawatan permukaan dengan presisi tertinggi (pemotongan, penyemprotan, paduan, dll.).

Laser memungkinkan untuk mengukur jarak ke objek luar angkasa dengan akurasi sentimeter.

Munculnya laser dalam pengobatan telah banyak berubah.

Sulit membayangkan operasi modern tanpa pisau bedah laser, yang memberikan sterilitas tertinggi dan memotong jaringan secara akurat. Dengan bantuan mereka, operasi praktis tanpa darah dilakukan. Dengan bantuan sinar laser, pembuluh darah tubuh dibersihkan dari plak kolesterol. Laser banyak digunakan dalam oftalmologi, di mana digunakan untuk mengoreksi penglihatan, mengobati ablasi retina, katarak, dll. Dengan bantuannya, batu ginjal dihancurkan. Itu tak tergantikan dalam bedah saraf, ortopedi, kedokteran gigi, tata rias, dll.

Dalam urusan militer, lokasi laser dan sistem navigasi digunakan.

Laser (dari bahasa Inggris "amplifikasi cahaya dengan emisi radiasi terstimulasi" "-" amplifikasi cahaya dengan merangsang radiasi ") atau generator kuantum optik adalah jenis sumber radiasi khusus dengan umpan balik, badan pemancar yang merupakan media berpopulasi terbalik. Prinsip operasi laser didasarkan pada propertiradiasi laser: monokromatik dan sangat koheren (spasial dan temporal). TJuga, divergensi sudut kecil sering disebut di antara fitur-fitur radiasi (kadang-kadang istilah "radiasi direktivitas tinggi" dapat ditemukan), yang, pada gilirannya, memungkinkan kita untuk berbicara tentang intensitas radiasi laser yang tinggi. Jadi, untuk memahami cara kerja laser, kita perlu membicarakan sifat inheren dari radiasi laser dan media berpenduduk terbalik, salah satu dari tiga komponen utama laser.

Spektrum radiasi laser. Monokromatisitas.

Salah satu karakteristik radiasi dari sumber apa pun adalah spektrumnya. Matahari, perangkat penerangan rumah tangga memiliki spektrum radiasi yang luas, di mana terdapat komponen dengan panjang gelombang yang berbeda. Mata kita merasakan radiasi seperti cahaya putih, jika intensitas komponen yang berbeda di dalamnya kira-kira sama, atau sebagai cahaya dengan beberapa naungan (misalnya, komponen hijau dan kuning mendominasi dalam cahaya Matahari kita).

Sebaliknya, sumber radiasi laser memiliki spektrum yang sangat sempit. Dalam beberapa pendekatan, kita dapat mengatakan bahwa semua foton radiasi laser memiliki panjang gelombang yang sama (atau dekat). Jadi, radiasi laser ruby, misalnya, memiliki panjang gelombang 694,3 nm, yang sesuai dengan cahaya rona merah. Laser gas pertama, laser helium-neon, juga memiliki panjang gelombang yang relatif dekat (632,8 nm). Sebaliknya, laser gas argon-ion memiliki panjang gelombang 488,0 nm, yang dilihat oleh mata kita sebagai warna pirus (perantara antara hijau dan biru). Laser safir titanium-doped memiliki panjang gelombang di wilayah inframerah (biasanya dekat 800 nm), sehingga radiasinya tidak terlihat oleh manusia. Beberapa laser (misalnya, laser semikonduktor dengan kisi difraksi yang berputar sebagai cermin keluaran) dapat menyetel panjang gelombang radiasinya. Apa kesamaan semua laser, bagaimanapun, adalah bahwa sebagian besar energi radiasi mereka terkonsentrasi di wilayah spektral sempit. Sifat radiasi laser ini disebut monokromatisitas (dari bahasa Yunani "satu warna"). dalam gambar. 1 untuk mengilustrasikan properti ini, spektrum radiasi dari Matahari (pada tingkat lapisan luar atmosfer dan di permukaan laut) dan laser semikonduktor yang diproduksi oleh perusahaan ditampilkan Thorlab.

Beras. 1. Spektrum radiasi matahari dan laser semikonduktor.

Tingkat monokromatisitas radiasi laser dapat dicirikan oleh lebar spektral garis laser (lebarnya dapat ditentukan sebagai panjang gelombang atau frekuensi yang diturunkan dari intensitas maksimum). Biasanya, lebar spektral diatur pada tingkat 1/2 ( FWHM), 1 / e atau 1/10 dari intensitas maksimum. Dalam beberapa laser modern, lebar puncak beberapa kHz telah dicapai, yang sesuai dengan lebar garis laser kurang dari sepersejuta nanometer. Untuk spesialis, kami mencatat bahwa lebar garis laser dapat menjadi urutan besarnya lebih sempit daripada lebar garis pancaran spontan, yang juga merupakan salah satu karakteristik khas laser (sebagai perbandingan, misalnya, dengan sumber luminescent dan superluminescent).

koherensi laser

Monokromatisitas adalah penting tetapi bukan satu-satunya properti radiasi laser. Sifat lain yang menentukan dari radiasi laser adalah koherensinya. Biasanya mereka berbicara tentang koherensi spasial dan temporal.

Mari kita bayangkan bahwa sinar laser terbelah dua oleh cermin semitransparan: setengah dari energi sinar melewati cermin, setengah lainnya dipantulkan dan masuk ke sistem cermin pemandu (Gbr. 2). Setelah itu, balok kedua bertemu lagi dengan yang pertama, tetapi dengan penundaan waktu tertentu. Waktu tunda maksimum di mana sinar dapat mengganggu (yaitu berinteraksi dengan mempertimbangkan fase radiasi, dan tidak hanya intensitasnya) disebut waktu koherensi radiasi laser, dan panjang jalur tambahan yang dilewati sinar kedua karena defleksinya disebut koherensi longitudinal. Panjang koherensi longitudinal laser modern dapat melebihi satu kilometer, meskipun untuk sebagian besar aplikasi (misalnya, untuk laser pemrosesan industri) koherensi spasial yang tinggi dari sinar laser tidak diperlukan.

Anda dapat memisahkan sinar laser dengan cara lain: alih-alih cermin semitransparan, letakkan permukaan yang sepenuhnya memantulkan cahaya, tetapi tidak menutupi seluruh sinar, tetapi hanya sebagian (Gbr. 2). Kemudian interaksi radiasi akan diamati, yang merambat di berbagai bagian berkas. Jarak maksimum antara titik-titik sinar, radiasi yang akan mengganggu, disebut panjang koherensi transversal sinar laser. Tentu saja, untuk banyak laser, panjang koherensi transversal sama dengan diameter sinar laser.

Beras. 2. Menuju penjelasan konsep koherensi temporal dan spasial

Divergensi sudut radiasi laser. Parameter M 2 .

Tidak peduli bagaimana kita berusaha untuk membuat sinar laser sejajar, itu akan selalu memiliki divergensi sudut yang tidak nol. Sudut divergensi terkecil yang mungkin dari radiasi laserα D ("Batas difraksi") dalam urutan besarnya ditentukan oleh ekspresi:

α d ~ λ / H, (1)

di mana λ adalah panjang gelombang radiasi laser, dan D Adalah lebar sinar yang muncul dari laser. Mudah untuk menghitung bahwa pada panjang gelombang 0,5 m (radiasi hijau) dan lebar sinar laser 5 mm, sudut divergensi akan menjadi ~ 10 -4 rad, atau 1/200 derajat. Meskipun nilainya kecil, divergensi sudut mungkin menjadi penting untuk beberapa aplikasi (misalnya, untuk penggunaan laser dalam sistem satelit militer), karena menetapkan batas atas kepadatan daya radiasi laser yang dapat dicapai.

Secara umum, kualitas sinar laser dapat diatur oleh parameter M 2 ... Biarkan area titik minimum yang dapat dicapai yang diciptakan oleh lensa ideal saat memfokuskan berkas Gaussian menjadi S ... Kemudian, jika lensa yang sama memfokuskan sinar dari laser yang diberikan ke suatu titik dengan luas S 1> S, parameter M 2 radiasi laser sama dengan:

M 2 = S 1 / S (2)

Untuk sistem laser kualitas tertinggi, parameter M 2 mendekati kesatuan (khususnya, laser dengan parameter M 2 sama dengan 1,05). Namun, harus diingat bahwa sejauh ini tidak semua kelas laser saat ini dapat mencapai nilai rendah dari parameter ini, yang harus diperhitungkan saat memilih kelas laser untuk tugas tertentu.

Kami telah merangkum secara singkat sifat-sifat utama radiasi laser. Sekarang mari kita jelaskan komponen utama laser: media dengan populasi terbalik, rongga laser, pompa laser, dan skema level laser.

Lingkungan berpenduduk terbalik. Diagram tingkat laser. Keluaran kuantum.

Elemen utama yang mengubah energi sumber eksternal (listrik, energi radiasi non-laser, energi laser pompa tambahan) menjadi cahaya adalah media di mana populasi terbalik dari sepasang level dibuat. Istilah "populasi terbalik" berarti bahwa fraksi tertentu dari partikel struktural medium (molekul, atom, atau ion) ditransfer ke keadaan tereksitasi, dan untuk pasangan tingkat energi tertentu dari partikel ini (tingkat laser atas dan bawah) , ada lebih banyak partikel di tingkat energi atas daripada di bawah.

Ketika melewati medium dengan populasi terbalik, radiasi, yang kuanta memiliki energi yang sama dengan perbedaan energi antara dua tingkat laser, dapat diperkuat, sambil menghilangkan eksitasi dari beberapa pusat aktif (atom / molekul / ion). ). Amplifikasi terjadi karena terbentuknya kuanta baru radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang, arah rambat, fasa dan keadaan polarisasi yang sama dengan kuantum aslinya. Dengan demikian, laser menghasilkan paket foton identik (sama dalam energi, koheren, dan bergerak dalam arah yang sama) (Gbr. 3), yang menentukan sifat utama radiasi laser.

Beras. 3. Generasi foton koheren di bawah emisi terstimulasi.

Namun, tidak mungkin untuk membuat lingkungan berpenduduk terbalik dalam sistem yang hanya terdiri dari dua tingkat. Laser modern biasanya memiliki sistem tiga tingkat atau empat tingkat yang terlibat dalam penguat. Dalam hal ini, eksitasi mentransfer unit struktural medium ke tingkat paling atas, dari mana partikel bersantai dalam waktu singkat ke nilai energi yang lebih rendah - tingkat laser atas. Salah satu tingkat yang lebih rendah juga terlibat dalam penguat — keadaan dasar atom dalam skema tiga tingkat atau keadaan menengah dalam empat tingkat (Gbr. 4). Skema empat tingkat ternyata lebih disukai karena fakta bahwa tingkat menengah biasanya diisi oleh jumlah partikel yang jauh lebih kecil daripada keadaan dasar; karenanya, jauh lebih mudah untuk membuat populasi terbalik (kelebihan dari jumlah partikel tereksitasi di atas jumlah atom pada tingkat laser yang lebih rendah) (untuk memulai penguat, seseorang harus menginformasikan lebih sedikit energi).

Beras. 4. Sistem level tiga tingkat dan empat tingkat.

Jadi, selama pembangkitan laser, nilai minimum energi yang diberikan ke media kerja sama dengan energi eksitasi tingkat paling atas dari sistem, dan pembangkitan terjadi di antara dua tingkat yang lebih rendah. Ini menjelaskan fakta bahwa efisiensi laser pada awalnya dibatasi oleh rasio energi eksitasi terhadap energi transisi laser. Rasio ini disebut hasil kuantum laser. Perlu dicatat bahwa biasanya efisiensi laser dari listrik beberapa kali (dan dalam beberapa kasus bahkan beberapa puluh kali) lebih rendah daripada efisiensi kuantumnya.

Laser semikonduktor memiliki struktur tingkat energi khusus. Proses pembangkitan radiasi dalam laser semikonduktor melibatkan elektron dari dua pita semikonduktor, namun, karena pengotor yang membentuk pemancar cahaya. p - n transisi, batas-batas zona ini di berbagai bagian dioda digeser relatif satu sama lain. Populasi terbalik di daerah tersebut p - n transisi dalam laser semacam itu dibuat karena aliran elektron ke daerah transisi dari pita konduksi n -Bagian dan lubang dari pita valensi P -Merencanakan. Anda dapat membaca lebih lanjut tentang laser semikonduktor dalam literatur khusus.

Dalam laser modern, berbagai metode digunakan untuk membuat populasi terbalik, atau untuk memompa laser.

Pemompaan laser. Metode pemompaan.

Agar laser mulai menghasilkan radiasi, perlu untuk memasok energi ke media aktifnya untuk menciptakan populasi terbalik di dalamnya. Proses ini disebut pemompaan laser. Ada beberapa metode pemompaan utama, penerapannya dalam laser tertentu tergantung pada jenis media aktif. Jadi, untuk excimer dan beberapa laser gas yang beroperasi dalam mode berdenyut (misalnya, CO2 - laser), dimungkinkan untuk menggairahkan molekul media laser dengan pelepasan listrik. Dalam laser gas cw, pelepasan cahaya dapat digunakan untuk pemompaan. Laser semikonduktor dipompa dengan menerapkan tegangan melintasi p - n transisi laser. Untuk laser solid-state, Anda dapat menggunakan sumber radiasi yang tidak koheren (lampu flash, penggaris, atau rangkaian dioda pemancar cahaya) atau laser lain yang panjang gelombangnya sesuai dengan perbedaan energi antara keadaan dasar dan keadaan tereksitasi dari atom pengotor (dalam bentuk padat- laser negara, sebagai suatu peraturan, penguat terjadi pada atom atau pengotor ion yang terlarut dalam kisi matriks - misalnya, untuk laser ruby, ion kromium adalah pengotor aktif).

Ringkasnya, kita dapat mengatakan bahwa metode pemompaan laser ditentukan oleh jenis dan fitur pusat aktif media pembangkit. Sebagai aturan, untuk setiap jenis laser tertentu, ada metode pemompaan yang paling efisien, yang menentukan jenis dan desain sistem untuk memasok energi ke media aktif.

resonator laser. Kondisi penguat. Resonator stabil dan tidak stabil.

Media aktif dan sistem untuk mengirimkan energi ke sana masih tidak cukup untuk tampilan penguat, meskipun beberapa perangkat sudah dimungkinkan untuk dibangun berdasarkan mereka (misalnya, penguat atau sumber radiasi superluminescent). Generasi laser, mis. emisi cahaya koheren monokromatik hanya terjadi dengan adanya umpan balik, atau resonator laser.

Dalam kasus yang paling sederhana, rongga adalah sepasang cermin, salah satunya (cermin keluaran laser) semitransparan. Sebagai cermin lain, sebagai aturan, reflektor dengan koefisien refleksi pada panjang gelombang penguat mendekati 100% ("cermin tumpul") digunakan untuk menghindari generasi laser "dalam dua arah" dan kehilangan energi yang tidak perlu.

Resonator laser memberikan pengembalian sebagian radiasi kembali ke media aktif. Kondisi ini penting untuk terjadinya radiasi koheren dan monokromatik, karena foton yang dikembalikan ke medium akan memancarkan foton dengan frekuensi dan fase yang sama. Sejalan dengan itu, kuanta radiasi yang muncul lagi di media aktif akan koheren dengan yang telah meninggalkan rongga. Dengan demikian, sifat karakteristik radiasi laser sebagian besar disebabkan oleh desain dan kualitas resonator laser.

Pantulan cermin semitransparan keluaran resonator laser dipilih sedemikian rupa untuk memastikan daya keluaran maksimum laser, atau berdasarkan kesederhanaan teknologi pembuatan. Misalnya, dalam beberapa laser serat, permukaan ujung serat yang dibelah secara merata dapat digunakan sebagai cermin keluaran.

Kondisi yang jelas untuk penguat yang stabil adalah kondisi persamaan kerugian optik di rongga laser (termasuk kerugian karena keluaran radiasi melalui cermin rongga) dan perolehan radiasi dalam media aktif:

exp ( A× 2L) = R1 × R 2 × exp ( G× 2L) × X, (3)

dimana L = panjang media aktif,Aadalah keuntungan dalam media aktif, R1 dan R2 adalah koefisien refleksi dari cermin resonator danG- Rugi-rugi “abu-abu” dalam media aktif (yaitu, rugi-rugi radiasi yang terkait dengan fluktuasi kerapatan, cacat pada media laser, hamburan radiasi, dan jenis-jenis rugi-rugi optik lainnya yang menyebabkan redaman radiasi ketika melewati medium, kecuali untuk radiasi langsung penyerapan kuanta radiasi oleh atom-atom medium). Faktor terakhir" x »Menunjukkan semua kerugian lain yang ada dalam laser (misalnya, elemen penyerap khusus dapat dimasukkan ke dalam laser sehingga laser menghasilkan pulsa berdurasi pendek), jika tidak ada sama dengan 1. Untuk mendapatkan kondisi untuk pengembangan penguat dari foton yang dipancarkan secara spontan, jelas, kesetaraan harus diganti dengan ">".

Kesetaraan (3) menyiratkan aturan berikut untuk pilihan cermin laser keluaran: jika perolehan radiasi oleh media aktif, dengan mempertimbangkan kerugian abu-abu (A- G) × L kecil, pantulan cermin keluaran R 1 harus dipilih besar agar penguat tidak lembab karena emisi radiasi dari rongga. Jika keuntungannya cukup besar, biasanya masuk akal untuk memilih nilai yang lebih rendah. R 1 , karena koefisien refleksi yang tinggi akan menyebabkan peningkatan intensitas radiasi di dalam rongga, yang dapat mempengaruhi masa pakai laser.

Namun, rongga laser membutuhkan penyelarasan. Misalkan rongga terdiri dari dua cermin sejajar, tetapi tidak sejajar (misalnya, terletak pada sudut satu sama lain). Dalam rongga seperti itu, radiasi, setelah melewati media aktif beberapa kali, meninggalkan laser (Gbr. 5). Resonator di mana radiasi meninggalkan batasnya dalam waktu yang terbatas disebut tidak stabil. Resonator tersebut digunakan dalam beberapa sistem (misalnya, dalam laser berdenyut daya tinggi dari desain khusus); namun, sebagai aturan, ketidakstabilan resonator biasanya dihindari dalam aplikasi praktis.

Beras. 5. Resonator yang tidak stabil dengan cermin yang tidak sejajar; resonator stabil dan

sinar radiasi stasioner di dalamnya.

Untuk meningkatkan stabilitas resonator, permukaan reflektif melengkung digunakan sebagai cermin. Pada nilai-nilai tertentu dari jari-jari permukaan yang memantulkan, resonator ini ternyata tidak sensitif terhadap misalignment kecil, yang memungkinkan untuk menyederhanakan pekerjaan dengan laser secara signifikan.

Kami telah menjelaskan secara singkat kumpulan elemen minimum yang diperlukan untuk membuat laser dan fitur utama radiasi laser.

Laser adalah salah satu penemuan paling cemerlang dan paling berguna di abad ke-20, yang membuka sejumlah besar area aktivitas baru bagi umat manusia.

Pertama-tama, mari kita cari tahu apa itu - laser?

Sinar laser adalah fluks bercahaya sinar sempit yang koheren, monokrom, terpolarisasi. Dalam istilah manusia, ini berarti sebagai berikut:

• Koheren - yaitu, frekuensi radiasi semua sumber sinkron (dan orang harus memahami bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh atom dan memiliki frekuensinya sendiri).
• Monokrom berarti terkonsentrasi dalam rentang panjang gelombang yang sempit.
• Terpolarisasi - memiliki vektor arah osilasi medan elektromagnetik (osilasi ini sendiri adalah gelombang cahaya).

Singkatnya, ini adalah seberkas cahaya yang dipancarkan tidak hanya oleh sumber sinkron, tetapi juga dalam rentang yang sangat sempit, dan terarah. Semacam fluks bercahaya yang sangat terkonsentrasi.

Perangkat laser.

Akan ada sedikit arti dari konsep fisik laser jika mereka tidak tahu cara membuatnya. Perangkat ini didasarkan pada generator kuantum optik, yang, menggunakan listrik, kimia, termal atau energi lain, menghasilkan sinar laser. Dan dia memproduksinya dengan cara paksa atau, seperti yang mereka katakan, radiasi induksi - yaitu, ketika atom tempat foton (partikel cahaya) jatuh tidak menyerapnya, tetapi memancarkan foton lain, yang merupakan salinan tepat dari pertama (koheren). Dengan demikian, cahaya diperkuat.

Laser umumnya memiliki tiga bagian:

• Sumber daya atau mekanisme pemompaan;
• Badan kerja;
• Sistem cermin atau resonator optik.

Apa tanggung jawab masing-masing bagian ini:

Sumber energi, yang jelas dari namanya, memasok energi yang diperlukan untuk pengoperasian perangkat. Berbagai jenis energi digunakan untuk laser, tergantung pada apa yang sebenarnya digunakan sebagai fluida kerja. Energi awal ini, antara lain, dapat menjadi sumber cahaya lain, serta pelepasan listrik, reaksi kimia, dll. Harus disebutkan di sini bahwa cahaya adalah transfer energi dan foton tidak hanya partikel atau, dengan kata lain, kuantum cahaya, tetapi juga partikel energi.

Badan kerja Merupakan komponen terpenting dari sebuah laser. Justru tubuh di mana ada atom yang memancarkan foton koheren. Agar proses emisi foton koheren terjadi, fluida kerja dikenai pemompaan energi, yang secara kasar mengarah pada fakta bahwa sebagian besar atom yang membentuk fluida kerja masuk ke keadaan energi tereksitasi dengan penyebut yang sama. Dalam keadaan ini, transisi ke keadaan sebaliknya - tanah - tidak tereksitasi akan terjadi jika sebuah foton melewati atom, yang sesuai dalam energinya dengan perbedaan antara dua keadaan atom ini. Jadi, atom yang tereksitasi, pada transisi ke keadaan dasar, menambahkan salinan persisnya ke foton yang “terbang melewatinya”.

Ini adalah fluida kerja yang menentukan semua karakteristik terpenting dari laser, seperti daya, jangkauan, dll. Pilihan fluida kerja dibuat dari pertimbangan yang ditentukan kepada kami oleh apa yang ingin kami dapatkan dari laser ini.

Nah, dan karenanya, ada banyak pilihan: semua keadaan agregasi (gas, padat, cair, dan bahkan plasma), semua jenis bahan, semikonduktor juga digunakan (misalnya, dalam drive CD).

Resonator optik- ini adalah sistem cermin biasa yang terletak di sekitar media kerja, karena memancarkan cahaya ke segala arah, dan kita perlu mengumpulkannya menjadi satu balok sempit. Resonator optik berfungsi untuk tujuan ini.

Laser menemukan aplikasi di mana-mana, jika saja ada cukup teknik yang dipikirkan untuk mengetahui bagaimana menerapkan teknologi ini dalam kasus-kasus tertentu. Mereka memiliki tempat dalam kedokteran, dan industri, dan dalam kehidupan sehari-hari, dan dalam urusan militer, dan bahkan untuk transmisi informasi.

Diagram menunjukkan: 1 - lingkungan aktif; 2 - energi pompa laser; 3 - cermin buram; 4 - cermin tembus pandang; 5 - sinar laser.

Semua laser memiliki tiga bagian utama:

lingkungan aktif (bekerja);

sistem pemompaan (sumber daya);

resonator optik (mungkin tidak ada jika laser beroperasi dalam mode amplifier).

Masing-masing memastikan kinerja fungsi spesifiknya agar laser dapat beroperasi.

Lingkungan aktif

Saat ini, berbagai keadaan agregat materi digunakan sebagai media kerja laser: padat, cair, gas, plasma. Dalam keadaan biasa, jumlah atom pada tingkat energi tereksitasi ditentukan oleh distribusi Boltzmann:

di sini n adalah jumlah atom dalam keadaan tereksitasi dengan energi E, n 0 adalah jumlah atom dalam keadaan dasar, k- Konstanta Boltzmann, T- suhu lingkungan. Dengan kata lain, ada lebih sedikit atom seperti itu dalam keadaan tereksitasi daripada di keadaan dasar; oleh karena itu, kemungkinan bahwa foton yang merambat melalui media akan menyebabkan emisi terstimulasi juga kecil dibandingkan dengan kemungkinan penyerapannya. Oleh karena itu, gelombang elektromagnetik, yang melewati suatu zat, menghabiskan energinya untuk eksitasi atom. Dalam hal ini, intensitas radiasi berkurang sesuai dengan hukum Bouguer:

di sini Saya 0 - intensitas awal, Saya l adalah intensitas radiasi yang telah melewati jarak aku dalam substansi, A 1 - laju penyerapan zat. Karena ketergantungannya eksponensial, radiasi diserap dengan sangat cepat.

Dalam kasus ketika jumlah atom yang tereksitasi lebih besar daripada yang tidak tereksitasi (yaitu, dalam keadaan inversi populasi), situasinya justru sebaliknya. Tindakan radiasi terstimulasi menang atas penyerapan, dan radiasi diperkuat menurut hukum:

di mana A 2 - perolehan kuantum. Dalam laser nyata, amplifikasi terjadi sampai jumlah energi yang disuplai karena emisi terstimulasi menjadi sama dengan jumlah energi yang hilang di rongga. Kerugian ini terkait dengan kejenuhan tingkat metastabil dari zat yang bekerja, setelah itu energi pompa dihabiskan hanya untuk memanaskannya, serta dengan adanya banyak faktor lain (hamburan oleh ketidakhomogenan media, penyerapan oleh pengotor, ketidaksempurnaan cermin pemantulan, radiasi yang berguna dan tidak diinginkan ke lingkungan, dll.).

Sistem pemompaan

Berbagai mekanisme digunakan untuk membuat populasi terbalik dari media laser. Dalam laser solid-state, itu dilakukan dengan iradiasi dengan lampu flash pelepasan gas berdaya tinggi, radiasi matahari terfokus (yang disebut pemompaan optik) dan radiasi dari laser lain (khususnya, laser semikonduktor). Dalam hal ini, dimungkinkan untuk bekerja hanya dalam mode berdenyut, karena kepadatan energi pemompaan yang sangat tinggi diperlukan, yang, dengan paparan yang lama, menyebabkan pemanasan yang kuat dan penghancuran batang zat yang bekerja. Dalam laser gas dan cair, pemompaan dengan pelepasan listrik digunakan. Laser semacam itu beroperasi dalam mode kontinu. Pemompaan laser kimia terjadi melalui reaksi kimia di lingkungan aktif mereka. Dalam hal ini, inversi populasi terjadi baik secara langsung dalam produk reaksi atau dalam pengotor yang dimasukkan secara khusus dengan struktur tingkat energi yang sesuai. Laser semikonduktor dipompa di bawah aksi sambungan p-n berkualitas langsung yang kuat, serta berkas elektron. Ada metode pemompaan lain (dinamis gas, yang terdiri dari pendinginan tajam gas yang dipanaskan sebelumnya; fotodisosiasi, kasus khusus pemompaan kimia, dll.).

Pada gambar: (a) skema pemompaan tiga tingkat dan (b) empat tingkat untuk media aktif laser.

Sistem pemompaan tiga tingkat klasik dari media kerja digunakan, misalnya, dalam laser ruby. Ruby adalah korundum kristal Al 2 O 3 yang didoping dengan sejumlah kecil ion kromium Cr 3+, yang merupakan sumber radiasi laser. Karena pengaruh medan listrik kisi kristal korundum, tingkat energi eksternal kromium E 2 terbelah (lihat efek Stark). Inilah yang memungkinkan untuk menggunakan radiasi non-monokromatik sebagai pompa. Dalam hal ini, atom berpindah dari keadaan dasar dengan energi E 0 untuk bersemangat dengan energi sekitar E 2. Sebuah atom dapat tetap dalam keadaan ini untuk waktu yang relatif singkat (pada urutan 10 8 s); hampir segera, transisi nonradiatif ke tingkat E 1, di mana sebuah atom dapat bertahan lebih lama (hingga 10 3 detik), inilah yang disebut tingkat metastabil. Kemungkinan timbul dari penerapan radiasi induksi di bawah pengaruh foton acak lainnya. Segera setelah ada lebih banyak atom dalam keadaan metastabil daripada di keadaan utama, proses pembangkitan dimulai.

Perlu dicatat bahwa inversi populasi atom kromium Cr dapat dibuat dengan memompa langsung dari level E 0 per tingkat E 1 tidak diperbolehkan. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa jika penyerapan dan emisi terstimulasi terjadi antara dua tingkat, maka kedua proses ini berlangsung pada tingkat yang sama. Oleh karena itu, dalam hal ini, pemompaan hanya dapat menyamakan populasi dari dua tingkat, yang tidak cukup untuk penampilan penguat.

Beberapa laser, misalnya neodymium, di mana radiasi dihasilkan oleh ion neodymium Nd 3+, menggunakan skema pemompaan empat tingkat. Di sini antara metastabil E 2 dan tingkat utama E 0 ada tingkat kerja menengah E 1 . Emisi terstimulasi terjadi selama transisi atom antar level E 2 dan E 1 . Keuntungan dari skema ini adalah, dalam hal ini, mudah untuk memenuhi kondisi populasi terbalik, sejak masa kerja tingkat atas ( E 2) beberapa kali lipat lebih lama dari masa pakai tingkat yang lebih rendah ( E 1). Ini sangat mengurangi persyaratan untuk sumber pompa. Selain itu, skema seperti itu memungkinkan untuk membuat laser berdaya tinggi yang beroperasi dalam mode kontinu, yang sangat penting untuk beberapa aplikasi. Namun, laser semacam itu memiliki kelemahan signifikan dalam bentuk efisiensi kuantum yang rendah, yang didefinisikan sebagai rasio energi foton yang dipancarkan dengan energi foton pemompaan yang diserap ( kuantum = radiasi hν / pemompaan h)

Generator kuantum yang memancarkan dalam kisaran radiasi tampak dan inframerah disebut laser. Kata "laser" adalah singkatan dari ungkapan: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, yang berarti penguatan cahaya sebagai akibat dari emisi kuanta yang diinduksi atau, kadang-kadang disebut, terstimulasi.

Perangkat laser

Laser umum terdiri dari media aktif laser, sistem "pompa" - sumber tegangan dan resonator optik.

Sistem pemompaan mentransfer energi ke atom atau molekul media laser, memberi mereka kesempatan untuk masuk ke "keadaan metastabil" tereksitasi yang menciptakan inversi populasi.

· Pemompaan optik menggunakan foton dari sumber seperti lampu kilat gas xenon atau laser lainnya untuk mentransfer energi ke zat laser. Sumber optik harus menyediakan foton yang sesuai dengan tingkat transisi yang diizinkan dalam bahan laser.

· Pemompaan tumbukan didasarkan pada transfer energi ke zat laser sebagai akibat tumbukan dengan atom (atau molekul) zat laser. Dalam hal ini, energi juga harus disediakan sesuai dengan transisi yang diizinkan. Hal ini biasanya dilakukan dengan pelepasan listrik dalam gas murni atau campuran gas dalam tabung.

· Sistem pemompaan kimia menggunakan energi ikat yang dilepaskan sebagai hasil reaksi kimia untuk mengubah zat laser menjadi keadaan metastabil.

Resonator optik diperlukan untuk memberikan gaya yang diperlukan dalam laser dan untuk memilih foton yang bergerak ke arah yang diinginkan. Ketika atom atau molekul pertama dalam keadaan metastabil dari populasi terbalik dilepaskan karena radiasi terstimulasi, itu memulai pelepasan atom atau molekul lain dalam keadaan metastabil. Jika foton bergerak ke arah dinding zat laser, biasanya batang atau tabung, mereka hilang dan proses amplifikasi terganggu. Meskipun mereka mungkin terpental dari dinding batang atau pipa, cepat atau lambat mereka akan hilang dari sistem dan tidak akan berkontribusi pada penciptaan balok.

Di sisi lain, jika salah satu atom atau molekul yang dihancurkan melepaskan foton yang sejajar dengan sumbu zat laser, itu dapat memulai pelepasan foton lain, dan keduanya akan dipantulkan oleh cermin di ujung pembangkit. batang atau tabung. Kemudian, foton yang dipantulkan melewati kembali zat tersebut, memulai radiasi lebih lanjut dengan cara yang persis sama, yang lagi-lagi akan dipantulkan oleh cermin di ujung zat laser. Selama proses amplifikasi ini berlangsung, sebagian amplifikasi akan selalu keluar melalui cermin pemantulan sebagian. Sebagai keuntungan atau keuntungan dari proses ini melebihi kerugian dari rongga, penguat dimulai. Dengan demikian, berkas cahaya koheren terkonsentrasi sempit terbentuk. Cermin di rongga optik laser harus disetel dengan baik sehingga berkas cahaya sejajar dengan sumbu. Resonator optik itu sendiri, mis. zat medium tidak harus kuat menyerap energi cahaya.

Media Laser (Bahan Pembangkit) - Laser biasanya ditentukan oleh jenis media laser yang digunakan. Ada empat jenis ini:

zat padat,

Pewarna,

Semikonduktor.

Laser solid state menggunakan zat laser yang tersebar dalam matriks padat. Laser solid-state menempati tempat yang unik dalam pengembangan laser. Media laser pertama yang berfungsi adalah kristal ruby ​​​​mawar (kristal safir yang didoping dengan kromium); Sejak itu, istilah "laser solid-state" biasanya digunakan untuk menggambarkan laser di mana media aktifnya adalah kristal yang didoping dengan pengotor ionik. Laser solid-state adalah perangkat besar dan mudah dirawat yang mampu menghasilkan daya tinggi. Hal yang paling luar biasa tentang laser solid-state adalah bahwa output daya biasanya tidak konstan, melainkan terdiri dari sejumlah besar puncak daya individu.

Salah satu contohnya adalah laser Neodymium - YAG. Istilah YAG adalah singkatan dari crystal: yttrium aluminium garnet, yang berfungsi sebagai pembawa ion neodymium. Laser ini memancarkan sinar inframerah dengan panjang gelombang 1.064 mikrometer. Selain itu, elemen doping lainnya dapat digunakan, seperti erbium (laser Er: YAG).

Laser gas menggunakan gas atau campuran gas dalam tabung. Kebanyakan laser gas menggunakan campuran helium dan neon (HeNe), dengan keluaran utama 6.328 nm (nm = 10-9 meter) merah tampak. Laser tersebut pertama dikembangkan pada tahun 1961 dan menjadi pelopor dari seluruh keluarga laser gas.

Semua laser gas cukup mirip dalam desain dan properti. Misalnya, laser gas CO2 memancarkan panjang gelombang 10,6 mikrometer dalam spektrum inframerah jauh. Laser gas argon dan kripton beroperasi pada beberapa frekuensi, memancarkan terutama di bagian spektrum yang terlihat. Panjang gelombang utama radiasi laser argon adalah 488 dan 514 nm.

Laser pewarna menggunakan media laser yang merupakan pewarna organik kompleks dalam larutan cair atau suspensi.

Fitur paling signifikan dari laser ini adalah "kemampuan beradaptasi" mereka. Pilihan pewarna yang tepat dan konsentrasinya memungkinkan pembangkitan sinar laser dalam rentang panjang gelombang yang luas di dalam atau di dekat spektrum yang terlihat. Laser pewarna biasanya menggunakan sistem eksitasi optik, meskipun beberapa jenis laser tersebut menggunakan eksitasi dengan reaksi kimia.

Laser semikonduktor (dioda) - Terdiri dari dua lapisan bahan semikonduktor yang ditumpuk menjadi satu. Dioda laser adalah dioda pemancar cahaya dengan kapasitansi optik untuk memperkuat cahaya yang dipancarkan dari permainan di batang semikonduktor, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Mereka dapat disesuaikan dengan mengubah arus, suhu, atau medan magnet yang diterapkan.

Mode waktu operasi laser yang berbeda ditentukan oleh frekuensi energi yang disuplai.

Laser gelombang kontinu (CW) beroperasi pada daya pancaran rata-rata yang konstan.

Untuk laser pulsa tunggal, durasi pulsa biasanya dari beberapa ratus mikrodetik hingga beberapa milidetik. Mode operasi ini biasa disebut dengan mode pulsa panjang atau mode normal.

Laser Q-switched pulsa tunggal adalah hasil dari jeda intracavity (sel Q-switched) yang memungkinkan media laser mempertahankan energi potensial maksimum. Kemudian, di bawah kondisi yang paling menguntungkan, pulsa tunggal dipancarkan, biasanya dengan interval waktu 10-8 detik. Pulsa ini memiliki daya puncak yang tinggi, seringkali dalam kisaran 106 hingga 109 watt.

Laser berdenyut intermiten atau laser pemindaian bekerja pada prinsipnya sama dengan laser berdenyut, tetapi dengan frekuensi pulsa tetap (atau variabel) yang dapat berkisar dari beberapa pulsa per detik hingga 20.000 pulsa per detik.

Cara kerja laser

Dasar fisik dari operasi laser adalah fenomena radiasi yang dirangsang (diinduksi). Inti dari fenomena ini adalah bahwa atom yang tereksitasi mampu memancarkan foton di bawah aksi foton lain tanpa menyerapnya, jika energi yang terakhir sama dengan perbedaan antara energi tingkat atom sebelum dan sesudah radiasi. . Dalam hal ini, foton yang dipancarkan koheren dengan foton yang menyebabkan radiasi (itu adalah "salinan persisnya"). Dengan demikian, cahaya diperkuat. Ini berbeda dari emisi spontan, di mana foton yang dipancarkan memiliki arah propagasi acak, polarisasi dan fase.

Probabilitas bahwa foton acak akan menyebabkan emisi terinduksi dari atom tereksitasi persis sama dengan probabilitas bahwa foton ini akan diserap oleh atom dalam keadaan tidak tereksitasi. Oleh karena itu, untuk memperkuat cahaya, perlu ada lebih banyak atom tereksitasi dalam medium daripada yang tidak tereksitasi (disebut inversi populasi). Dalam keadaan kesetimbangan termodinamika, kondisi ini tidak terpenuhi, oleh karena itu, berbagai sistem untuk memompa media aktif laser digunakan (optik, listrik, kimia, dll.)

Sumber utama generasi adalah proses emisi spontan, oleh karena itu, untuk memastikan kelangsungan generasi foton, keberadaan umpan balik positif diperlukan, karena foton yang dipancarkan menyebabkan tindakan emisi induksi berikutnya. Untuk ini, media aktif laser ditempatkan di rongga optik. Dalam kasus paling sederhana, itu terdiri dari dua cermin, salah satunya semitransparan - melaluinya, sinar laser sebagian meninggalkan resonator. Memantulkan dari cermin, sinar radiasi berulang kali melewati resonator, menyebabkan transisi yang diinduksi di dalamnya. Radiasi dapat berupa terus menerus atau berdenyut. Pada saat yang sama, menggunakan berbagai perangkat (prisma berputar, sel Kerr, dll.) untuk dengan cepat mematikan dan pada umpan balik dan dengan demikian mengurangi periode pulsa, dimungkinkan untuk menciptakan kondisi untuk menghasilkan radiasi daya yang sangat tinggi (disebut raksasa pulsa). Mode operasi laser ini disebut mode Q-switched.

Radiasi yang dihasilkan oleh laser adalah monokromatik (dari satu atau satu set panjang gelombang diskrit), karena kemungkinan emisi foton dengan panjang gelombang tertentu lebih besar daripada yang terletak dekat terkait dengan pelebaran garis spektral, dan, karenanya, kemungkinan transisi yang diinduksi pada frekuensi ini juga memiliki maksimum. Oleh karena itu, secara bertahap dalam proses pembangkitan, foton dengan panjang gelombang tertentu akan mendominasi semua foton lainnya. Selain itu, karena pengaturan khusus cermin, hanya foton yang dipertahankan dalam sinar laser yang merambat ke arah yang sejajar dengan sumbu optik resonator pada jarak pendek darinya, sisa foton dengan cepat meninggalkan resonator. volume. Dengan demikian, sinar laser memiliki sudut divergensi yang sangat kecil. Akhirnya, sinar laser memiliki polarisasi yang ditentukan secara ketat. Untuk ini, berbagai polaroid dimasukkan ke dalam resonator, misalnya, mereka dapat berupa pelat kaca datar yang dipasang pada sudut Brewster ke arah perambatan sinar laser.

Aplikasi laser

radiasi generator kuantum laser

Sejak penemuan mereka, laser telah memantapkan diri mereka sebagai "solusi turnkey untuk masalah yang belum diketahui". Karena sifat unik dari radiasi laser, mereka banyak digunakan di banyak cabang ilmu pengetahuan dan teknologi, serta dalam kehidupan sehari-hari (pemutar CD, printer laser, pembaca kode batang, penunjuk laser, dll.). Dalam industri, laser digunakan untuk memotong, mengelas, dan menyolder bagian yang terbuat dari berbagai bahan. Suhu radiasi yang tinggi memungkinkan untuk mengelas bahan yang tidak dapat dilas dengan metode konvensional (misalnya, keramik dan logam). Sinar laser dapat difokuskan ke titik dengan diameter orde mikron, yang memungkinkan untuk digunakan dalam mikroelektronika (yang disebut laser scribing). Laser digunakan untuk mendapatkan pelapis permukaan bahan (paduan laser, pelapis laser, laser sputtering vakum) untuk meningkatkan ketahanan ausnya. Penandaan laser pada desain industri dan pengukiran produk dari berbagai bahan juga banyak digunakan. Selama pemrosesan bahan dengan laser, tidak ada efek mekanis yang diberikan padanya, oleh karena itu hanya terjadi deformasi kecil. Selain itu, seluruh proses teknologi dapat sepenuhnya otomatis. Oleh karena itu, pemrosesan laser dicirikan oleh presisi dan produktivitas yang tinggi.

Laser semikonduktor yang digunakan dalam unit pencitraan printer Hewlett-Packard.

Laser digunakan dalam holografi untuk membuat hologram itu sendiri dan mendapatkan gambar volumetrik holografik. Beberapa laser, misalnya laser pewarna, mampu menghasilkan cahaya monokromatik dari hampir semua panjang gelombang, sedangkan pulsa radiasi dapat mencapai 10-16 detik, dan karenanya memiliki kekuatan yang sangat besar (yang disebut pulsa raksasa). Sifat-sifat ini digunakan dalam spektroskopi, serta dalam studi efek optik nonlinier. Menggunakan laser, dimungkinkan untuk mengukur jarak ke bulan dengan akurasi beberapa sentimeter. Jarak laser objek luar angkasa memperjelas nilai konstanta astronomi dan berkontribusi pada penyempurnaan sistem navigasi ruang angkasa, memperluas pemahaman tentang struktur atmosfer dan permukaan planet-planet tata surya. Teleskop astronomi yang dilengkapi dengan sistem optik adaptif untuk mengoreksi distorsi atmosfer menggunakan laser untuk membuat bintang referensi buatan di atmosfer atas.

Pulsa laser ultrashort digunakan dalam kimia laser untuk memicu dan menganalisis reaksi kimia. Di sini, radiasi laser memungkinkan lokalisasi yang akurat, dosis, sterilitas mutlak, dan tingkat masukan energi yang tinggi ke dalam sistem. Saat ini, berbagai sistem pendingin laser sedang dikembangkan, kemungkinan penerapan fusi termonuklir terkontrol menggunakan laser sedang dipertimbangkan (laser yang paling cocok untuk penelitian di bidang reaksi termonuklir adalah laser yang menggunakan panjang gelombang yang terletak di bagian biru dari sinar tampak). spektrum). Laser juga digunakan untuk keperluan militer, misalnya, sebagai sarana bimbingan dan bidikan. Varian penciptaan berdasarkan laser yang kuat dari sistem pertahanan tempur udara, laut dan darat dipertimbangkan.

Dalam pengobatan, laser digunakan sebagai pisau bedah tanpa darah, digunakan dalam pengobatan penyakit mata (katarak, ablasi retina, koreksi penglihatan laser, dll.). Mereka juga banyak digunakan dalam tata rias (penghilangan bulu dengan laser, perawatan cacat pembuluh darah dan kulit berpigmen, pengelupasan laser, penghilangan tato dan bintik-bintik penuaan). Saat ini, apa yang disebut komunikasi laser berkembang pesat. Diketahui bahwa semakin tinggi frekuensi pembawa saluran komunikasi, semakin besar bandwidthnya. Oleh karena itu, komunikasi radio cenderung bergerak ke panjang gelombang yang lebih pendek. Panjang gelombang cahaya, rata-rata, enam kali lipat lebih pendek dari panjang gelombang jangkauan radio; oleh karena itu, jumlah informasi yang jauh lebih besar dapat ditransmisikan melalui radiasi laser. Komunikasi laser dilakukan baik melalui struktur pemandu cahaya terbuka dan tertutup, misalnya, melalui serat optik. Karena fenomena refleksi internal total, cahaya dapat merambat sepanjang itu dalam jarak jauh, praktis tanpa melemah.

Produksi sehari-hari dan kegiatan ilmiah. Selama bertahun-tahun, "alat" ini akan semakin meningkat, dan seiring dengan itu bidang penerapan laser akan terus berkembang. Laju penelitian yang berkembang di bidang teknologi laser membuka kemungkinan untuk penciptaan jenis laser baru dengan karakteristik yang ditingkatkan secara signifikan, yang memungkinkan untuk memperluas area aplikasi mereka di ...

Tidak hanya untuk bahan yang sangat keras, tetapi juga untuk bahan yang ditandai dengan peningkatan kerapuhan. Bor laser ternyata tidak hanya kuat, tetapi juga "alat" yang sangat halus. Contoh: penggunaan laser saat mengebor lubang di substrat sirkuit mikro yang terbuat dari keramik alumina. Keramik sangat rapuh. Untuk alasan ini, pengeboran lubang mekanis di substrat sirkuit mikro ...