Peržiūrėti šaltinį Lazeris

[[Vaizdas:LASER.jpg|thumb|250px|Įjungti šeši komerciniai lazeriai, demonstruojantys galimas spalvas nuo raudonos iki violetinės. Nuo viršaus žemyn, bangų ilgis: 660nm, 635nm, 532nm, 520nm, 445nm ir 405nm. Pagaminta „Q-line“]]
'''Lazeris''' – įrenginys, spinduliuojantis [[koherentiškumas|koherentišką]] šviesą. Paprastai lygiagrečiu srautu lazeris skleidžia [[monochromatiškumas|monochromatinę]] (vieno [[bangos ilgis|bangos ilgio]]) šviesą. Pavadinimas „lazeris“ yra angliškos frazės „'''L'''ight '''A'''mplification by '''S'''timulated '''E'''mission of '''R'''adiation“ ({{lt|Šviesos stiprinimas priverstiniu spinduliavimu}}) trumpinys.

== Istorija ==
[[Vaizdas:Laser optique.jpg|thumb|250px|Lazerio spindulys bandymų stende]]
Dar [[1917]] m. [[Albertas Einšteinas]] savo straipsnyje „Zur Quantentheorie der Strahlung“ ({{lt|Kvantinė spinduliavimo teorija}}) padėjo pagrindus lazerio sukūrimui. Jis iš naujo išvedė [[Maksas Plankas|Makso Planko]] spinduliavimo dėsnį pasinaudodamas sugerties, spontaniško ir priverstinio spinduliavimo tikimybės koeficientų sąvokas. Šie koeficientai dabar vadinami [[Einšteino koeficientai]]s. [[1928]] m. Rudolph W. Landenburg patvirtino priverstinio spinduliavimo egzistavimą, o [[1939]] m. [[Tarybų Sąjunga|Tarybų Sąjungos]] mokslininkas Valentin A. Fabrikant pasiūlė priverstinį spinduliavimą naudoti trumpų bangų stiprinimui. [[1947]] m. [[Wills Lamb]] ir R. C. Retherford pirmą kartą pademonstravo priverstinį spinduliavimą.

[[1952]] m. [[Nikolajus Basovas]] ir [[Aleksanderis Prokorovas]] apibūdino lazerio pirmtako – [[mazeris|mazerio]] – veikimo principą. Žodis „mazeris“ reiškia tą patį, kaip ir lazeris, tik raidė „m“ yra iš žodžio „microwave“ ({{lt|[[mikrobangos]]}}), t. y. mazeris generuoja ir stiprina mikrobangas. Pirmą veikiantį prietaisą [[1953]] m. [[Kolumbijos universitetas|Kolumbijos universitete]] sukonstravo [[Charles Hard Townes]], J. P. Gordon ir H. J. Zeiger. [[1955]] m. Basovas ir Prokorovas iškėlė optinio kaupinimo, reikalingo [[užpildos apgrąža]]i sudaryti, idėją. Tuo metu prasidėjo intensyvūs tyrimai, nuvedę prie lazerio išradimo, tuomet vadinto „optiniu mazeriu“. Dabartinis terminas pasiūlytas [[1959]] m.

Pirmąjį veikiantį lazerį [[1960]] m. pademonstravo [[Theodore Maiman]] iš Hughes Research Laboratories<ref>{{cite journal | last = Maiman | first = T.H. | year = 1960 | title = Stimulated Optical Radiation in Ruby | journal = Nature | volume = 187 | pages = 493–494 | url = http://www.nature.com/nature/journal/v187/n4736/abs/187493a0.html | format = PDF | accessdate = 2008-12-22 | doi = 10.1038/187493a0  |issn=0028-0836 }}</ref>. Jo aktyvioji terpė buvo dirbtinis [[rubinas]], o kaupinimas vyko išlydžio lempa. Lazeris generavo 694 nanometrų bangos ilgio ilgio raudoną šviesą ir dėl trijų lygmenų sistemos veikė tik impulsine veika.

[[Lazerinis diodas|Lazerinio diodo]] idėją pasiūlė N. Basovas ir Javanas, o pirmą veikiantį prietaisą [[1962]] m. pademonstravo [[Robert N. Hall]]. Jis buvo pagamintas iš [[galio arsenidas|galio arsenido]] ir generavo 850 nm bangos ilgio šviesą. Pirmieji [[puslaidininkis|puslaidininkiniai]] lazeriai veikė tik impulsiniame režime ir atšaldyti iki skysto [[azotas|azoto]] temperatūros. Kambario temperatūroje veikiantys lazeriniai diodai išrasti [[1970]] m.

== Veikimas ==
[[Vaizdas:Laser.svg|thumb|Supaprastinta lazerio konstrukcija:<br />1. Aktyvioji terpė<br />2. Lazerio kaupinimo energija<br />3. Stipriai atspindintis veidrodis<br />4. Iš dalies skaidrus veidrodis. Kartu su (3) sudaro optinį rezonatorių.<br />5. Lazerio spindulys]]
Vienos iš pagrindinių lazerio sudedamųjų dalių yra [[aktyvioji terpė]] ir [[optinis rezonatorius]]. Aktyviojoje terpėje, tam tikro dydžio, koncentracijos, formos ir grynumo medžiagoje, išorine energija generuojama ir stiprinama šviesa. Tai vadinama [[priverstinis spinduliavimas|priverstiniu spinduliavimu]]. Terpei energijos suteikia išorinis energijos šaltinis, vadinamas [[lazerio kaupinimas|kaupinimo šaltiniu]]. Aktyvioji terpė sugeria kaupinimo energiją, dėl to dalis jos dalelių (pvz., [[atomas|atomų]]) elektronų pakyla į aukštesnius energetinius lygmenis, t. y. dalelės tampa [[sužadinta būsena|sužadintomis]]. Kaupinimo šaltiniu gali būti išlydžio lempa, kitas lazeris ir kt. Optinio kaupinimo metu dalelės, sąveikaudamos su šviesa, gali sugerti [[fotonas|fotonus]] ir juos perspinduliuoti. Fotonų perspinduliavimas gali būti spontaniškas arba priverstinis, t. y. stimuliuotasis. Kai kaupinimo metu dalelių sužadintoje būsenoje skaičius viršija žemesnių energijos būsenų dalelių skaičių, yra pasiekiama [[užpildos apgrąža]] ir priverstiniam spinduliavimui tenkantis perspinduliuotų fotonų kiekis dėl šviesos, praeinančios aktyviąją terpę, tampa didesnis, nei tenkantis savaiminiam. Dėl šios priežasties šviesa yra stiprinama. Reikia nepamiršti, jog šiuo atveju sužadintas daleles perspinduliuoti fotonus priverčia ne tik kaupinimo šaltinio fotonai, bet jau ir pačios medžiagos perspinduliuoti ir į aktyviąją terpę optinio rezonatoriaus veidrodžių sugrąžinti fotonai. 

Tokiu būdu išspinduliuota šviesa yra [[koherentiškumas|koherentiška]], t. y. to paties [[bangos ilgis|bangos ilgio]], [[fazė]]s ir [[poliarizacija|poliarizacijos]].

Dar vienas svarbus lazerio komponentas yra [[optinis rezonatorius]]. Juo vykdomas spinduliuojamo šviesos pluošto formavimas, [[Galia (fizika)|galios]] kontroliavimas. Iš rezonatoriaus šviesa, priklausomai nuo lazerio konstrukcijos, gali būti išleidžiama nuolatiniame pastovios [[amplitudė]]s ar impulsiniame režime. Impulsinio veikimo būdu galima pasiekti žymiai didesnę spinduliavimo galią.

=== Nuolatinė ir impulsinė veika ===
Lazeriai gali būti konstruojami taip, jog spinduliuotų arba ilgą pastovų [[impulsas (signalas)|impulsą]], arba trumpų impulsų seką. Nuolatinės ir impulsinės veikos lazerių sandara gerokai skiriasi, tačiau šviesos generavimo principas išlieka toks pat.

==== Nuolatinė veika ====
Nuolatinės veikos režime lazerio išspinduliuojamas šviesos [[impulsas (signalas)|impulsas]] yra beveik pastovus [[laikas|laiko]] atžvilgiu. Užpildos apgraža, reikalinga šviesos generacijai ir stiprinimui, yra nuolat palaikoma kaupinimo šaltinio.

==== Impulsinė veika ====
Impulsinės veikos režime išspinduliuojamas šviesos impulsas kinta laike, t. y. suformuojama trumpų šviesos impulsų vora. Tai daroma kuomet reikia sukaupti kuo daugiau [[energija|energijos]] tam tikroje vietoje per kuo trumpesnį laiką.

Impulsinė lazerio veika pasiekiama keliais būdais:
* ''[[Modų sinchronizacija]]'' ({{en|Mode-locking}}). Šiuo atveju lazeriuose generuojami impulsai nuo 10<sup>-9</sup> iki 10<sup>-15</sup> s, o galia gali siekti 10<sup>12</sup> [[vatas|W]]. Galia tuo didesnė, kuo daugiau [[normali moda|modų]] sinchronizuojama.
* ''[[Lazerio kokybės moduliavimo veika|Kokybės moduliacija]]'' ({{en|Q-switching}}). Šis būdas įgyvendinamas į lazerio rezonatorių patalpinus tam tikrus elementus, moduliuojančius optinio rezonatoriaus kokybę. Gaunami 10<sup>-7</sup>–10<sup>-9</sup> s trukmės ir iki 10<sup>6</sup> W galios impulsai.
* ''Impulsinis kaupinimas''. Tai metodas, kai impulsinė lazerio veika gaunama impulsiniu kaupinimu. Tokio kaupinimo šaltiniu gali būti blykstė ar kitas impulsinės veikos lazeris.

== Lazerių tipai ==
[[Vaizdas:Powerlite NdYAG.jpg|thumb|225px|Kietojo kūno Nd:YAG lazeris su KDP netiesiniu kristalu, generuojantis 532 nm bangos ilgio šviesą.]]
{{plačiau|Sąrašas:Lazerių tipai}}

Lazeriai yra skirstomi pagal aktyvios terpės tipą (trijų/keturių lygmenų lazeriai), lazerinio kaupinimo būdą (elektrinis/optinis) bei optinio rezonatoriaus formą (stabilūs/nestabilūs). Dažniausiai sutinkamas skirstymas pagal aktyviosios terpės medžiagą:
* [[Dujinis lazeris|dujinius]]
** [[Cheminis lazeris|cheminius]]
** [[Eksimerinis lazeris|eksimerinius]]
* [[Kietojo kūno lazeris|kietojo kūno]]
** [[Šviesolaidinis lazeris|šviesolaidinius]]
** [[Plonojo disko lazeris|plonojo disko]]
* [[Lazerinis diodas|puslaidininkinius]]
* [[dažų lazeris|dažų]]
* [[laisvųjų elektronų lazeris|laisvųjų elektronų]]

== Pritaikymas ==
Lazeriai naudojami daugelyje sričių: kasdienėje buityje [[mokslas|moksle]], [[medicina|medicinoje]], [[pramonė]]je, pramogoms, kariniais tikslais ir kt. Vienas iš pirmųjų lazerio pritaikymų kasdieniniame naudojime yra [[brūkšninis kodas|brūkšninio kodo]] skaitytuvas, pirmą kartą pristatytas [[1974]] m. [[1978]] m. pasirodė [[LaserDisc]] grotuvas, o [[1982]] m. pasirodžius [[kompaktinis diskas|kompaktinių diskų]] grotuvams ir vėliau – [[lazerinis spausdintuvas|lazeriniams spausdintuvams]], lazerių naudojimas įvairiose srityse ėmė smarkiai didėti.

Kai kurios lazerių pritaikimo sritys:
* Medicina: [[chirurgija]], akių, dantų gydymas, [[inkstų akmenligė]]s gydymas.
* Pramonė: [[virinimas]], pjaustymas, detalių žymėjimas, [[graviravimas]], medžiagų šiluminis apdirbimas, mikroapdirbimas, .
* Gynyba (karo pramonė): taikinių žymėjimas, priešraketinė gynyba, [[LIDAR]].
* Moksliniai tyrimai: [[spektroskopija]], abliacija, medžiagų tyrimai, termobranduolinės reakcijos, grūdinimas, lazerinė [[sklaida]], [[skaitmeninė holografija]].
* komercinis pritaikymas: lazeriniai spausdintuvai, [[Kompaktinė plokštelė|CD]], [[DVD]] ir kitų optinių diskų grotuvai, brūkšninio kodo skaitytuvai, [[holografija|hologramos]] ir kt.
* Statybos: niveliavimas, statybinių mašinų valdymas ir pan.

== Lazerių sauga ==
[[Vaizdas:DIN 4844-2 Warnung vor Laserstrahl D-W010.svg|thumb|110px|Visi 2–4 klasės lazeriai privalo būti pažymėti šiuo įspėjamuoju ženklu ir papildomu prierašu apie pavojų sveikatai.]]
{{plačiau|Lazerių sauga}}
Kadangi lazerio pluoštas yra didelio [[koherentiškumas|koherentiškumo]] ir mažos erdvinės skėsties, žmogaus [[žmogaus akis|akies]] [[ragena]] ir [[lęšiukas]] gali sufokusuoti spindulį į labai mažą tašką ant [[tinklainė]]s. Dėl to ta vieta akimirksniu gali būti išdeginta, o padaroma žala – neištaisoma. Lazeriai pagal galią klasifikuojami į kelias saugumo klases (su poklasėm) nuo 1 (saugūs) iki 4 (net išsklaidyta šviesa gali pakenkti akims ar odai). Pagal senąją klasifikaciją jie žymimi nuo I iki IV, kur didesnis romėniškas skaičius žymi didesnę galimą žalą ir pavojų. Lazeriniai produktai, skirti vartotojams, pvz., [[Kompaktinė plokštelė|CD]] grotuvai ar lazeriniai žymekliai dažniausiai yra 1, 2 ir 3 klasės. Kai kurie [[infraraudonieji spinduliai|infraraudonųjų spindulių]] lazeriai (apytiksliai virš 1,4 mikrometro bangos ilgio) dažnai laikomi saugūs akims. Taip yra dėl to, jog vidinės molekulinės vandens [[molekulė|molekulių]] vibracijos smarkiai sugeria šios [[elektromagnetinis spektras|spektro]] dalies šviesą. Taigi tokio bangos ilgio lazerio pluoštas yra slopinamas ragenoje ir šviesa beveik nepasiekia tinklainės. Reikia nepamiršti, jog tai gali būti taikoma tik tam tikriems labai mažos galios lazeriams. Bet kurie kiti didelės galios ar impulsiniai infraraudonųjų spindulių lazeriai taip pat gali išdeginti akies tinklainę.

== Šaltiniai ==
{{Išnašos}}

== Nuorodos ==
{{commonscat|Lasers}}
* [http://www.lasercenter.vu.lt/?lang=lt VU Lazerinių tyrimų centras]
* [http://www.lightdensity.eu/lt/ LIGHTDENSITY - Lazerinio mikroapdirbimo technologijų laboratorija Vilniuje]
* [http://www.baltfab.com/lt/ BALTFAB - Jungtinis Atviros Prieigos Centras įkurtas Fizinių ir Technologinių mokslų centre]
* [http://www.appolohub.eu/ APOLLO HUB - Taikomųjų tyrimų laboratorijų centras Vilniuje]
* [http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1168948&s= Paplitusių lazerių bangų ilgiai] {{ru-icon}}
* [http://www.youtube.com/watch?v=MnD40smQJ84 Lazerinio mikroapdirbimo video]

[[Kategorija:Lazeris| ]]