Laser demonstrerades första gången 1960 av Theodore Maiman.
Laser är det slags ljus som är absolut koherent och polariserat. Kort sagt uppkommer laser då man stimulerar atomer att sända ut ljus mellan två speglar.

Laser är en förkortning av engelskans Light Amplification by Stimulated Emmision of Radiation, vilket betyder ljusförstärkning av stimulerad strålningsemmision. Det betyder att man förstärker en ljuspuls genom att stimulera ljusets strålning. Den första laser som byggdes var en rubinlaser och fungerar enligt följande princip:

Kristallen pumpas med energi genom att man belyser den med en blixtlampa. Ljuset från blixtlampan tas upp av atomerna i mediet som finns mellan speglarna, i fallet ovan en rubinkristall. Då energin tas upp exciteras atomerna, d.v.s. en elektron förflyttar sig till ett yttre skal och får på så sätt högre energi än normalt. Den exciterade atomen sänder ut en foton som har samma våglängd v som det absorberade ljuset. Ljuset kommer nu att studsa mellan speglarna och på så sätt växa sig starkare för varje gång det passerar genom mediet mellan speglarna. När sedan ljuset har fått en tillräckligt hög intensitet släpps det igenom den spegel som är halvgenomskinlig. Det är då koherent och polariserat.

Hur kan ljuset växa sig starkare?

När man har blinkat med blixtlampan en gång, vilket kallas pumpning, exciteras en viss mängd atomer. Dessa atomer kommer inom en väldigt kort tid att sända ut var sin foton. Dessa fotoner kommer att studsa på en av speglarna och reflekteras tillbaka in i mediet där de blev till. Där kommer ljuset att bromsas in p.g.a. att atomerna i mediet absorberar fotonerna och exciteras för att sedan själva sända ut en foton i godtycklig riktning. Detta är inte speciellt bra och kommer så småningom att leda till att allt ljus försvinner.

Detta löser man genom att pumpa in mer energi i mediet tills man har fler atomer som är exciterade än icke-exciterade (populationsinversion). Då kommer fotoner att skickas ut ur mediet och reflekteras mot en av speglarna. Dessa fotoner skickas inte ut samtidigt utan med en liten fördröjning. Denna fördröjning är väldigt liten men den finns. Detta gör att den första fotonen som skickas ut studsar på spegeln och åker igenom mediet för att sedan studsa tillbaka igen. Då detta fortgår frigörs fler fotoner som adderas med den första. Då detta har fortgått ett tag har man en ljusstråle som blir starkare och starkare. Detta fortgår så länge det finns exciterade atomer kvar. Då alla, eller nästan alla, atomer har skickat ut en foton har ljusstrålen fått en sådan intensitet att en del av strålen kan komma igenom den halvgenomskinliga spegeln. Ljusstrålen kallas laser, ljusförstärkning genom stimulerad ljusemission. Nu är det bara frågan om stimulerad emission kvar innan vi vet hur laser fungerar.

En lite mer schematisk bild över den generella principen för laserverkan.

Vad är stimulerad emission?

Då en atom absorberar en foton ökar dess energi och atomen skickar spontant ut en foton med en våglängd som motsvarar den energinivån som exciterar atomen. Det kan då hända att det finns lite extra energi kvar i atomen. Detta kallas spontan emission. I laser har man stimulerad emission, vilket betyder att man medvetet stimulerar en atom att excitera, d.v.s. nå en högre energinivå genom att tillföra en viss energi utifrån. I fallet ovan ifrån en blixtlampa. Då exciteras atomer så som vi vill, alltså till en sådan energinivå som vi önskar. Efersom en blixtlampa sänder ut vitt ljus så absorberar atomerna bara de våglängderna som gör att de kan exciteras. Eftersom fotonerna exciteras av exakt samma energi kommer fotonerna som skickas ut ha samma riktning, frekvens och fas. Detta kallas stimulerad emission. Stimulerad emission kan bara inträffa då de inkommande fotonerna har en våglängd som motsvarar det aktiva mediets atomers excitationsenergi, d.v.s. den energi som krävs för att atomerna skall excitera.

Vi belyser atomerna med ljus av en viss våglängd v och får då ut samma våglängd v på de utgående fotonerna. Vitt ljus innehåller många olika våglängder, men det är bara någon enstaka våglängd av dessa som gör att atomerna i rubinkristallen kan exciteras. Det gör att alla atomerna når samma excitationsnivå, eller att de inte exciteras alls. Vilket i sin tur leder till att alla fotonerna kommer att ha samma våglängd, frekvens och riktning.

 


Inledning|Principen för laser|Laserns egenskaper|Olika lasertyper|Laserns användningsområden