Introducere - Laseri

Introducere - Lasere

Bine ati venit in lumea magica a laserelor. In ciuda faptului ca aproape 40 de ani au trecut de la prima emisie laser - un laser cu rubin, construit in 1960, de catre Theodore Maiman - cuvantul 'laser' inca semnifica o expresie a tehnologiei moderne,a inaltei tehnologii,a 'high tech '-ului.

De ce este laser-ul un simbol al hi-tech-ului?

1. Dispozitivul laser emite lumina, o lumina speciala. Cel mai sensibil senzor uman este ochiul. Deci, laserele (cel putin laserele care emit in spectrul vizibil) abordeaza direct cele mai sensibil senzor si fiintele umane au fost si sunt impresionate. Acest argument a actionat in principal la inceputurile laserului.
2. Laserul este un domeniu in continua dezvoltare. In fiecare an, noi dispozitive cu laser, noi aplicatii,noi lungimi de unda laser sunt puse in evidenta.
3. Laserele au o gama larga de aplicatii.Sa mentionam cateva dintre ele:
- Pe plan "domestic":citirea/scrierea CD-urilor, scannere de coduri de bare, indicatoare laser
- Industrial: taiere, sudare, forare, calire, testare,calibrari si alinieri de mare precizie etc
- Militar: rachete ghidate laser, laser aeropurtate, de urmarire, etc
- Medicina: microchirurgie, neurochirurgie, dermatologie, reumatologie, stomatologie, etc in
- Comunicatii:diodele laser si fibrele optice acopera acum domeniul de telecomunicatiilor,in prezent retelele de fibra optica acopera in prezent intreaga lume.
- Stiintific: spectroscopie (care contribuie la propria sa dezvoltare), chimie, biologie si cercetare medicala, fotografieri de mare viteza, fuziunea controlata cu ajutorul laserului(exista acum in curs de dezvoltare programe imense pentru a obtine fuziunea controlata a energiei.Ar putea fi rezolvarea pentru problema energiei in urmatorul secol ;prima centrala de acest tip este programata pentru anul 2050).

noi aplicatii speciale:cel mai mic instrument special de micro-prelucrare, cea mai mare densitate de putere, cele mai scurte impulsuri (impulsuri de ordinul femtosecundelor, 10^-15), etc
Toate acestea sustin faptul ca laserul este un simbol al high-tech-ului si faptul ca o multime de aplicatii foarte importante utilizeaza laserul ca instrument principal.

Este laserul un dispozitiv cuantic?

Da, este. Dar nu intrati in panica. In practica, nimeni nu se gandeste la aspectul quantum al mecanismului intrinsec laser.
Este job-ul teoreticianului de a gasi noi posibile medii active; este jobul spectroscopistului pentru a determina caracteristicile din diferite materiale, care ar putea fi folosite ca medii active.
Suntem interesati de construirea de lasere si in utilizarea fascicolului laser in diferite aplicatii. Si, nu este deloc usor!
Deci, in ciuda faptului ca laserul este un dispozitiv cuantic, nu avem nevoie de mecanica cuantica. Pentru noi,mediul activ laser va fi caracterizat prin cateva nivele de energie, precum si nivelurile de energie de catre durata de viata.
Desigur, pentru fiecare tip de laser, vom vorbi despre caracteristicile sale spectrale, caracteristici specifice, etc Mai mult, vom trata atomii, moleculele si electronii ca particule, care pot avea diferite nivele de energie in functie de mecanismul intrinsec al fiecarui laser (excitatie, ionizare, etc).
Folosind aceste ipoteze, care nu sunt foarte clare in majoritatea cartilor despre lasere, fiecare autor incercand sa demonstreze propriile cunostiinte (care sunt, desigur, impresionante), este posibil sa mearga mai departe. Trebuie sa stim cum sa pompam corect nivelurile laser si sa optimizam laserul.
Sa ne uitam la aceste mingi de tenis, care sunt introduse pe diferite etaje, pe un raft. Initial, cei mai multi dintre ei sunt pe nivelul zero. In cazul in care acestea reprezinta un sistem cuantic, ele ar fi fost distribuite in functie de temperatura, conform legii lui Boltzmann, si ar putea ocupa, dupa cum stiti, numai un anumit nivel de energie. Din pacate, nu am suficiente mingi de tenis pentru a reprezenta un sistem real(si pentru a juca tenis pentru restul vietii noastre).

Fig 1.1 Pompajul

Avem nevoie sa pompam sistemul - lovirea de mingilor de tenis - pana particulele ajung la un nivel superior de energie. Aceste niveluri nu sunt stabile, astfel incat particule vor cadea jos pierzand energie in urma coliziunilor sau emitand (ceea ce asteptam), radiatii electromagnetice.
Trebuie sa pompam -lovirea mingilor de tenis - foarte corect (2). Daca am lovit prea puternic mingea de tenis va iesi in afara terenului (3), daca am lovit prea bine, mingea de tenis se va opri in net (1).
Sa luam un alt exemplu. Acesta este un circuit integrat, un amplificator audio. Exista diferite modalitati de abordare a acestui circuit:
- Teoretic: o multime de oameni care au inventat si au stabilit mecanismul dispozitivelor semiconductoare;
- Tehnologic: pentru a construit un astfel de dispozitiv;
- Realizarea Circuitului: pentru a pune unele componente in jurul lui, optimizare a functionarii;
- Muzical: in sfarsit, va trebui sa alegeti o muzica buna ca sa fiti ascultat ;

Deci, un muzician (un utilizator laser) nu trebuie sa stie nimic despre acest circuit. Daca doreste sa asculte muzica el doar apasa pe butoane.

O alta observatie importanta: vom fi interesati sa masuram parametrii laserului si sa ne folosim de radiatia emisa de catre acesta.Din momentul in care radiatia laser paraseste cavitatea de pompaj,incepe o noua problema care trebuie rezolvata. Acum, nu conteaza daca este un laser cu gaz, sau cu dioda laser, sau cu mediu activ solid care produce fasciculul laser. Fasciculul trebuie studiat pe deplin,iar noi il vom folosi exploatandu-i caracteristicile.
Evolutia din acest domeniu este foarte rapida. Ca un exemplu, aproape aceeasi lumina rosie laser, care a fost emisa de un laser heliu neon (figura 1.1) acum poate fi obtinuta de dioda laser cu dimensiuni foarte reduse (figura 1.2). Dimensiunile au fost reduse de sute de ori, nu aveti nevoie de inalta tensiune de alimentare,ci de mici baterii si durata de viata a crescut de la 20000 de ore la 100000 de ore. Urmatoarele poze exprima dezvoltarea in domeniul laser.

fig 1.2 Tubul standard pentru un laser cu He-Ne :

putere :3mW

lungime de unda :632.8

sursa necesara :1300v/5mA

dimensiuni :200mm x 25 mm diametru

aplicatii :aliniere,coduri de bare,testari non-contact etc.

Fig 1.3 Dioda Laser

Putere :5mW

Lungime de unda :650nm

Sursa necesara :2.2V/50mA

Dimensiuni :10mm x 9mm

Tabelul 1.1