Laser (licht)

Mechanisme

Een laser creëert licht door speciale acties waarbij een materiaal betrokken is dat een "optisch versterkingsmedium" wordt genoemd. Energie wordt in dit materiaal gebracht met behulp van een "energiepomp". Dit kan elektriciteit zijn, een andere lichtbron, of een andere energiebron. De energie zorgt ervoor dat het materiaal in een zogenaamde aangeslagen toestand komt. Dit betekent dat de elektronen in het materiaal extra energie hebben, en na enige tijd zullen zij die energie verliezen. Wanneer zij hun energie verliezen, laten zij een foton (lichtdeeltje) vrij. Het type optisch versterkingsmedium dat wordt gebruikt, verandert de kleur (golflengte) die wordt geproduceerd. Het vrijkomen van fotonen is het "gestimuleerde emissie van straling" deel van laser.

Veel dingen kunnen licht uitstralen, zoals een gloeilamp, maar het licht zal niet in één richting en fase georganiseerd zijn. Door een elektrisch veld te gebruiken om te regelen hoe het licht wordt gecreëerd, zal dit licht nu één soort zijn, die in één richting gaat. Dit is "coherente straling".

Op dit punt is het licht nog zwak. De spiegels aan weerszijden kaatsen het licht heen en weer, en dit raakt andere delen van het optisch versterkingsmedium, waardoor deze delen ook fotonen afgeven en meer licht genereren ("lichtversterking"). Wanneer het gehele versterkingsmedium licht produceert, wordt dit verzadiging genoemd en ontstaat een zeer sterke lichtstraal bij een zeer smalle golflengte, die wij een laserstraal zouden noemen.

Ontwerp

Het licht beweegt zich door het medium tussen de twee spiegels die het licht heen en weer tussen hen weerkaatsen. Eén van de spiegels weerkaatst het licht echter slechts gedeeltelijk, waardoor een deel kan ontsnappen. Het ontsnappende licht vormt de laserstraal.

Dit is een eenvoudig ontwerp; het type optisch versterkingsmedium dat wordt gebruikt, bepaalt gewoonlijk het type laser. Het kan een kristal zijn, voorbeelden zijn robijn en een granaatkristal gemaakt van yttrium en aluminium met het zeldzame aardmetaal erin gemengd. Voor lasers kunnen gassen worden gebruikt zoals helium, stikstof, kooldioxide, neon of andere. Grote, krachtige lasers zijn meestal gaslasers. Een vrije-elektronenlaser gebruikt een bundel elektronen en kan worden afgestemd om verschillende kleuren uit te zenden. De kleinste lasers tenslotte maken gebruik van halfgeleiderdioden om het licht te produceren. Dit zijn de meest talrijke soorten, die in de elektronica worden gebruikt.

Geschiedenis

Albert Einstein was de eerste die op het idee kwam van gestimuleerde emissie die een laser zou kunnen produceren. Vanaf dat moment werden vele jaren besteed om te zien of het idee werkte. Aanvankelijk slaagde men erin masers te maken en later bedacht men hoe men kortere zichtbare golflengten kon maken. Pas in 1959 werd de naam laser bedacht door Gordon Gould in een onderzoeksartikel. De eerste werkende laser werd in 1960 in elkaar gezet en bediend door Theodore Maiman in de Hughes Research Laboratories. Veel mensen begonnen in die tijd aan lasers te werken, en pas in 1987 werd beslist wie het patent op de laser zou krijgen (Gould won de rechten).

Toepassingen

Lasers hebben vele toepassingen gevonden in het dagelijks leven en in de industrie. Lasers zijn te vinden in CD- en DVD-spelers, waar zij de code lezen van de schijf waarop een liedje of film staat. Een laser wordt vaak gebruikt om de streepjescodes of SQR-codes te lezen op dingen die in een winkel worden verkocht, om een product te identificeren en de prijs aan te geven. Lasers worden gebruikt in de geneeskunde, met name bij LASIK oogchirurgie, waarbij de laser wordt gebruikt om de vorm van het hoornvlies te herstellen. Hij wordt gebruikt in de scheikunde met spectroscopie om materialen te identificeren, om te weten te komen uit wat voor gassen, vaste stoffen of vloeistoffen iets is opgebouwd. Sterkere lasers kunnen worden gebruikt om metaal te snijden.

Lasers worden gebruikt om de afstand van de maan tot de aarde te meten door weerkaatsing op reflectoren die zijn achtergelaten door de Apollo-missies. Door de tijd te meten die het licht nodig heeft om naar de maan te reizen en weer terug, kunnen we precies te weten komen hoe ver weg de maan is.

Laserpointers worden door mensen gebruikt om een plaats op een kaart of diagram aan te wijzen. Docenten gebruiken ze bijvoorbeeld. Veel mensen vinden het ook leuk om met laserpointers te spelen. Sommige mensen hebben ze op vliegtuigen gericht. Dit is gevaarlijk en in veel landen ook illegaal. Er zijn mensen voor gearresteerd en vervolgd.

Computers gebruiken gewoonlijk een optische computermuis als invoerapparaat. Moderne laseraanwijzers zijn te groot en te krachtig voor dit gebruik, zodat de meeste muizen voor dit doel gebruik maken van kleine VCSEL's, of "Vertical cavity surface-emitting lasers". Deze lasers worden ook gebruikt in DVD- en CD-ROM-stations en in holografie.