Το "Laser" είναι ένα αρκτικόλεξο γιαLδεξιάAενίσχυση απόSδιεγερμένοςEαποστολή τουRακτινοβολία
Ένα λέιζερ δημιουργείται όταν τα ηλεκτρόνια στα άτομα σε οπτικά υλικά όπως γυαλί, κρύσταλλο ή αέριο απορροφούν την ενέργεια από ένα ηλεκτρικό ρεύμα ή ένα φως. Αυτή η επιπλέον ενέργεια "διεγείρει" τα ηλεκτρόνια αρκετά ώστε να μετακινηθούν από μια τροχιά χαμηλότερης-ενεργειακής ενέργειας σε μια τροχιά υψηλότερης- ενέργειας γύρω από τον πυρήνα του ατόμου.
Ένα λέιζερ εκμεταλλεύεται τις κβαντικές ιδιότητες των ατόμων που απορροφούν και ακτινοβολούν σωματίδια φωτός που ονομάζονται φωτόνια. Όταν τα ηλεκτρόνια στα άτομα επιστρέφουν στην κανονική τροχιά τους-ή στην κατάσταση "εδάφους" τους-είτε αυθόρμητα είτε όταν "διεγερθούν" με φως ή άλλη πηγή ενέργειας, ακόμη και άλλο λέιζερ σε ορισμένες περιπτώσεις, εκπέμπουν περισσότερα φωτόνια.
Η ενέργεια από το φως "διεγείρει" τα ηλεκτρόνια σε άτομα οπτικών υλικών και αυτά μετακινούνται σε μια υψηλότερη-ενεργειακή τροχιά. Όταν τα ηλεκτρόνια επιστρέφουν στην κανονική τροχιά τους αυθόρμητα ή όταν «διεγερθούν» με φως ή ενέργεια, εκπέμπουν σωματίδια φωτός που ονομάζονται φωτόνια.
Το φως κινείται σε κύματα. Το συνηθισμένο ορατό φως, ας πούμε από έναν οικιακό λαμπτήρα ή έναν φακό, περιλαμβάνει πολλαπλά μήκη κύματος ή χρώματα και είναι ασυνάρτητα, πράγμα που σημαίνει ότι οι κορυφές και οι κοιλότητες των κυμάτων φωτός κινούνται σε διαφορετικά μήκη κύματος και σε διαφορετικές κατευθύνσεις.
Σε μια δέσμη λέιζερ, τα κύματα φωτός είναι "συνεκτικά", που σημαίνει ότι η δέσμη των φωτονίων κινείται προς την ίδια κατεύθυνση στο ίδιο μήκος κύματος. Αυτό επιτυγχάνεται στέλνοντας τα ενεργοποιημένα ηλεκτρόνια μέσω ενός οπτικού "μέσου απολαβής" όπως ένα στερεό υλικό όπως το γυαλί ή ένα αέριο.
Το συγκεκριμένο μήκος κύματος του φωτός καθορίζεται από την ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται όταν το διεγερμένο ηλεκτρόνιο πέφτει σε χαμηλότερη τροχιά. Τα επίπεδα ενέργειας που εισάγονται μπορούν να προσαρμοστούν στο υλικό στο μέσο απολαβής για να παραχθεί το επιθυμητό χρώμα δέσμης.
Ένας καθρέφτης στη μία πλευρά του οπτικού υλικού του λέιζερ αναπηδά το φωτόνιο πίσω προς τα ηλεκτρόνια. Ο χώρος μεταξύ των κατόπτρων, ή η «κοιλότητα», έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε το επιθυμητό φωτόνιο για τον συγκεκριμένο τύπο μέσου οπτικού κέρδους να τροφοδοτείται πίσω στο μέσο για να διεγείρει την εκπομπή ενός σχεδόν ακριβούς κλώνου αυτού του φωτονίου. Και οι δύο κινούνται προς την ίδια κατεύθυνση και ταχύτητα, για να αναπηδήσουν από έναν άλλο καθρέφτη στην άλλη πλευρά για να επαναλάβουν τη διαδικασία κλωνοποίησης.
Δύο γίνονται τέσσερα, τέσσερα γίνονται οκτώ και ούτω καθεξής έως ότου τα φωτόνια ενισχυθούν αρκετά ώστε να περάσουν όλα πέρα από τους καθρέφτες και το οπτικό υλικό σε τέλεια ομοφωνία. Σκεφτείτε τους ως συγχρονισμένα μέλη μιας μπάντας που βαδίζει στην Παρέλαση των Ρόδων. Και αυτή η ομοφωνία δίνει στο λέιζερ τη δύναμή του. Οι ακτίνες λέιζερ μπορούν να παραμείνουν έντονα εστιασμένες σε τεράστιες αποστάσεις, ακόμη και στο φεγγάρι και πίσω.
Τα λέιζερ υπάρχουν από το 1960, αν και η ιδέα ανάγεται στο 1900 (βλ. "A Legacy of Laser and Laser Fusion Pioneers").
Σήμερα, τα λέιζερ διατίθενται σε πολλά μεγέθη, σχήματα, χρώματα και επίπεδα ισχύος και χρησιμοποιούνται για τα πάντα, από χειρουργικές επεμβάσεις σε νοσοκομεία, σαρωτές γραμμωτού κώδικα στο παντοπωλείο, ακόμη και για αναπαραγωγή μουσικής, ταινιών και βιντεοπαιχνιδιών στο σπίτι. Μπορεί να έχετε υποβληθεί σε επέμβαση LASIK, η οποία διορθώνει την όρασή σας χρησιμοποιώντας ένα μικροσκοπικό λέιζερ για να αναδιαμορφώσει τον κερατοειδή χιτώνα του ματιού σας.
Ορισμένα λέιζερ, όπως τα λέιζερ ρουμπίνι, εκπέμπουν σύντομους παλμούς φωτός. Άλλα, όπως τα λέιζερ αερίου ηλίου-νέον ή τα λέιζερ υγρής βαφής, εκπέμπουν φως που είναι συνεχές. Το NIF, όπως και το ρουμπινί λέιζερ, εκπέμπει παλμούς φωτός που διαρκούν μόνο δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου. Το φως λέιζερ δεν χρειάζεται να είναι ορατό. Οι ακτίνες NIF ξεκινούν ως αόρατο υπέρυθρο φως και στη συνέχεια περνούν μέσα από ειδικά οπτικά που τις μετατρέπουν σε ορατό πράσινο φως και στη συνέχεια σε αόρατο υπεριώδες φως υψηλής{4} ενέργειας για βέλτιστη αλληλεπίδραση με τον στόχο.
Τα λέιζερ μπορεί να είναι μικροσκοπικά συστατικά μικροτσίπ ή τόσο τεράστια όσο το NIF, το πιο ενεργητικό λέιζερ στον κόσμο που στεγάζεται σε ένα κτίριο 10 ορόφων και πλάτους όσο τρία γήπεδα ποδοσφαίρου.
