CCF20100116001

Rafał Bartkowiak, Adam Halbina, Aleksandra Kaszuba, Katarzyna Kaszuba-Bartkowiak

Rafał Bartkowiak, Adam Halbina, Aleksandra Kaszuba, Katarzyna Kaszuba-Bartkowiak

Rycina 416. Rozszczepienie wiązki światła białego po przejściu przez pryzmat.

A    B

E2 stan wzbudzony atomu |

energia

El stan podstawowy atomu \j

czyli energii będącej różnicą między energią poziomu wyższego E2 i poziomu niższego E1.

Foton posiadający taką energię może spowodować w odpowiednich warunkach emisję drugiego identycznego fotonu. Powstające w wyniku emisji wymuszonej fotony posiadają identyczne właściwości i taką samą energię. Warunkiem zaistnienia takiej wymuszonej emisji jest to, że atom musi znajdować się w stanie wzbudzonym, zanim zacznie oddziaływać z fotonem wymuszającym.

Po uderzeniu fotonu w wzbudzony atom powstają dwa identyczne fotony, które mogą doprowadzać do emisji wymuszonej sąsiednie identyczne atomy, ale pod warunkiem, że są one także wzbudzone. W ten sposób w układzie może wzrastać w sposób lawinowy liczba fotonów o tych samych właściwościach. Warunkiem niezbędnym do uzyskania procesu lawinowego jest to, że w materiale aktywnym (np. rubinie), podczas akcji „laserowania", ilość atomów wzbudzonych musi być większa od ilości atomów znajdujących się w stanie podstawowym, czyli w układzie musi występować tzw. inwersja obsadzeń.

W układzie atomów z inwersją obsadzeń, fotony powstające w wyniku emisji spontanicznej inicjują lawinowo narastający proces kolejnych emisji wymuszonych. W celu podtrzymania akcji laserowej materiał, którego atomy zostają wzbudzone, jest umieszczany w rezonatorze, np. w cylindrze na którego końcach znajdują się zwierciadła zwrócone do ośrodka aktywnego. Generowane w ten sposób światło, po wielokrotnych przejściach przez ośrodek aktywny w rezonatorze, ucieka przez jedno ze zwierciadeł, które jest zbudowane z materiału półprzepuszczalnego i poprzez światłowód doprowadzane jest do miejsca działania.

Uzyskane w ten sposób światło laserowe charakteryzuje się:

-    dużą spójnością zarówno czasową jak i przestrzenną

-    jest monochromatyczne (jednobarwne), czyli w jego skład wchodzą wyłącznie promienie o tej samej długości fali, zsynchronizowane ze sobą i biegnące tym samym kierunku

-    małą rozbieżnością, jedną częstotliwością, często dużą mocą.

Uzyskanie tego typu światła jest niemożliwe z konwencjonalnych źródeł, w których dominującym procesem jest emisja spontaniczna i nie ma inwersji obsadzeń.

Światło naturalne, które postrzegamy jako białe w rzeczywistości jest mieszaniną wielu różnokolorowych promieni o różnych długościach fal, które rozchodzą się w sposób nieregularny.

Do zasadniczych części lasera zaliczamy: ośrodek czynny, rezonator optyczny, układ pompujący.

Układ pompujący dostarcza energii do ośrodka czynnego. Jego zadaniem jest przeniesienie jak największej liczby atomów do stanu wzbudzonego w substancji czynnej. Układ taki musi być bardzo wydajny, aby doszło do inwersji obsadzeń. „Pompowanie lasera" odbywa się poprzez błysk lampy błyskowej (flesza), błysk innego lasera, przepływ prądu (wyładowanie)

Rycina 417. Schemat przejścia przez pryzmat wiązki: A - światła białego, B - światła lasera.

w gazie, reakcję chemiczną, zderzenia atomów, wstrzelenie wiązki elektronów do substancji.

Ośrodek czynny jest miejscem, w którym przy odpowiednich warunkach zachodzi akcja laserowa, która jest inicjowana emisją spontaniczną lub wprowadzeniem fotonu inicjującego z zewnątrz generatora. Ten pierwszy foton inicjujący wywołać może emisję wymuszoną (w układzie z inwersją obsadzeń) lub może zostać pochłonięty (w układzie bez inwersji obsadzeń).

Układ optyczny umożliwia wybranie odpowiednich fotonów. Układ ten pełni rolę sprzężenia zwrotnego dla wybranych częstotliwości, dzięki czemu laser generuje światło tylko o jednej częstotliwości (z niewielkimi odchyleniami). Układ optyczny składa się zazwyczaj z dwóch odpowiednio ustawionych zwierciadeł, z których przynajmniej jedno jest częściowo przepuszczalne. Układ optyczny jest rezonatorem dla wybranej częstotliwości i określonego kierunku ruchu fali. Tylko te fotony, dla których układ optyczny jest rezonatorem, wielokrotnie przebiegają przez ośrodek czynny, wywołując emisję kolejnych fotonów spójnych z nimi. Pozostałe fotony zanikają w ośrodku czynnym lub układzie optycznym. Dzięki czemu laser emituje niemalże równoległą wiązkę światła o dużej spójności i jednej długości fali.

Rodzaje laserów

Ośrodek czynny lasera decyduje o najważniejszych parametrach jego wiązki: określa długość emitowanej fali, jej moc, sposób pompowania oraz możliwe zastosowania lasera.

Lasery, ze względu na rodzaj ośrodka czynnego, możemy podzielić na:

□ Lasery gazowe:

O He-Ne laser helowo-neonowy (długość fali: 543 nm lub 633 nm)

O Ar laser argonowy (458 nm, 488 nm lub 514,5 nm)

O laser azotowy (308 nm)

327

Dermatologia dla kosmetologów