Laserul este o altă invenție majoră a omenirii încă din secolul al XX-lea, după energia nucleară, computere și semiconductori. Este cunoscut drept „cel mai rapid cuțit”, „cel mai precis riglă” și „cea mai strălucitoare lumină”. Pe 16 mai 1960, fizicianul american Theodore Maiman a inventat primul laser din lume. Pentru prima dată, omenirea a avut acces la o sursă de lumină atât de miraculoasă, cu monocromaticitate excelentă, colimație ridicată și densitate mare de energie. De la inventarea primului laser în 1960, laserele au fost utilizate pe scară largă în comunicații, medicină, producție industrială, arme militare și alte domenii, devenind o tehnologie cu scop general transversal-disciplinar- care a avut un impact extraordinar asupra cercetării în multe domenii și a promovat îmbunătățirea eficienței producției sociale. Deci, ce este exact un laser? Și cum se produce?
Laser este un acronim pentru „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”, adică amplificarea luminii cauzată de emisia stimulată de radiație. Când această tehnologie a fost introdusă în China în 1964, domnul Qian Xuesen a inventat acest nume pentru ea. În uz popular, are și un nume transliterat destul de impresionant, „leishe”. Înainte de a înțelege laserele, să ne uităm mai întâi la ce este lumina.
Lumina este produsă de fotoni. În 1905, Albert Einstein a introdus pentru prima dată conceptul de fotoni în lucrarea sa despre efectul fotoelectric. Fotonii sunt una dintre particulele fundamentale care alcătuiesc materia. Fotonii sunt extrem de mici și nu au masă atunci când sunt în repaus. Conform principiilor mecanicii cuantice, atunci când un electron cade dintr-o înveliș exterioară cu energie mai mare-la o înveliș interioară cu energie mai joasă-, nucleul atomic corespunzător eliberează un foton, producând astfel lumină. Cu cât este mai mare numărul de învelișuri prin care cade electronul, cu atât energia fotonului este mai mare. Acest proces este reversibil; când un foton este incident, nucleul atomic absoarbe fotonul, iar electronul, după ce a câștigat energie, se deplasează dintr-o înveliș interioară cu energie mai joasă-la o înveliș exterioară cu energie-mai mare.
Caracteristica unui laser este că toți fotonii săi se mișcă împreună cu aceeași lungime de undă și fază. Într-un sistem atomic, electronii se mișcă în esență în straturi. Când un atom este afectat de mediul său extern, iar electronii cu energie înaltă-tranzitează la niveluri de energie mai scăzute, există două fenomene: „emisia spontană” și „emisia stimulată”. Laserele sunt produse prin emisie stimulată. Mai simplu spus, un laser este „radiația luminoasă” emisă atunci când atomii unei substanțe sunt „excitați” de o „sursă de pompare” specifică.
Un laser este un dispozitiv care generează lumină laser, compus în principal dintr-o sursă de pompă, un mediu de câștig și o cavitate rezonantă. Sursa pompei este sursa de excitare a laserului, furnizând energie electronilor cu energie joasă-pentru a-i excita la niveluri mai mari de energie. Sursele obișnuite de pompare includ excitația optică, excitația de descărcare de gaz, excitația chimică și excitația energiei nucleare. Cavitatea rezonantă este circuitul dintre sursa pompei și mediul de câștig, constând de obicei din două oglinzi cu forme geometrice specifice și caracteristici de reflexie optică combinate într-un mod special. Acest lucru permite luminii excitate să călătorească înainte și înapoi de mai multe ori în interiorul cavității, formând oscilații coerente, susținute, care sunt amplificate și, de asemenea, limitând frecvența și direcția fasciculului de lumină. Mediul de câștig se referă la mediul de lucru care amplifică lumina.
De când Einstein a propus emisia stimulată în 1917, oamenii de știință au petrecut 43 de ani de explorare necruțătoare înainte de a crea în sfârșit primul laser din lume în 1960. Omul de știință Maiman, de la Laboratoarele de Cercetare Hughes din California, a folosit o lampă bliț de intensitate mare pentru a ilumina un rubin, excitând lumina roșie a atomului de crom. Prin forarea unei gauri în suprafața rubinului, care a fost acoperită cu o oglindă reflectorizantă, lumina roșie ar putea scăpa prin această gaură, producând un fascicul de lumină roșie foarte concentrat și îngust. Când acest fascicul era îndreptat către un punct, putea atinge temperaturi mai mari decât suprafața soarelui. Astfel, s-a născut primul laser din lume-laserul rubin-, cu o lungime de undă de 0,6943 micrometri. Acesta a fost primul fascicul laser produs vreodată de omenire.
