Laseritele mõeldes tulevad meelde erinevat värvi valguskiired,{0}}alates punastest skaneerivatest joontest supermarketite kassade juures kuni pimestavate roheliste lasershowdeni kontsertidel ja kuni tööstuslikul lõikamisel kasutatavate nähtamatute infrapunalaseriteni. Miks need laserid eri värvides paistavad? Mis täpselt määrab laseri lainepikkuse?
Lihtsamalt öeldes määrab laseri lainepikkus värvi, mida me tajume. Lainepikkus viitab teepikkusele, mille valgus läbib ühes võnketsüklis ja erineva lainepikkusega valgust tajub inimsilm erinevate värvidena.
Nähtava valguse spektris:
1. Lainepikkus ligikaudu . 400-450 nanomeetrit: violetne laser
2. Lainepikkus ligikaudu . 450-485 nanomeetrit: sinine laser
3. Lainepikkus ligikaudu . 500-565 nanomeetrit: roheline laser
4. Lainepikkused umbes 565–590 nanomeetrit: kollane laser
5. Lainepikkused umbes 625–740 nanomeetrit: punane laser
Sellest vahemikust kaugemale jäävad nähtamatud infrapuna- ja ultraviolettlaserid.
Kolm peamist tegurit, mis määravad laseri lainepikkuse
1. Laseri "allikas"
Aktiivne keskkond on laseri lainepikkust määravaim tegur. Erinevat tüüpi laserid kasutavad erinevaid aktiivseid materjale, mille aatom- või molekulaarstruktuurid määravad tekitatava valguse lainepikkused.
Levinud laserid ja nende tüüpilised lainepikkused
- Heelium{0}}Neoonlaser: 632,8 nm (punane)
- Süsinikdioksiidi laser: 10,6 μm (infrapuna)
- Argoon-ioonlaser: 488/514 nm (tsüaan)
- Nd:YAG Laser: 1064 nm (infrapuna)
- Pooljuhtlaser: lai lainepikkuse vahemik sõltuvalt materjalist
Igal töökeskkonnal on ainulaadne energiataseme struktuur, mis on sama iseloomulik kui inimese sõrmejälg. Kui aatomite elektronid liiguvad erinevate energiatasemete vahel, vabastavad nad spetsiifilise energiaga footonid, tekitades seeläbi teatud lainepikkusega laservalgust.
2. Laserite "südamelöögid".
Laseri genereerimine tuleneb energiataseme üleminekutest töökeskkonna aatomites või molekulides. See protsess järgib rangeid kvantmehaanilisi reegleid:
- Aatomite elektronidel on erinevad energiatasemed (energia olekud)
- Kui elektron läheb üle kõrgemalt energiatasemelt madalamale, kiirgab ta footoni
- Footoni energia vastab täpselt kahe taseme energia erinevusele
Vastavalt valemile λ=hc/E (kus λ on lainepikkus, h on Plancki konstant, c on valguse kiirus ja E on energia) määrab energia E lainepikkuse λ. Seega toimib töökeskkonna energiataseme struktuur nagu sõel, võimaldades võimendada ainult kindla lainepikkusega valgust, moodustades laservalguse.
3. Laseri "kvaliteedikontroller"
Optiline resonaator koosneb kahest täpselt konstrueeritud peeglist, mis paiknevad aktiivse kandja vastasotstes. Kuigi see struktuur ei muuda laseri põhilainepikkust, mängib see üliolulist rolli laseri monokromaatilisuse ja sageduse stabiilsuse tagamisel:
- Resonaatori pikkuse reguleerimine võimaldab peenhäälestada{0}}laseri täpset sagedust.
- Resonaator võimendab selektiivselt teatud lainepikkustega valgust, samal ajal kui teised summutavad.
- Kvaliteetne-resonaator toodab äärmiselt kitsa joonelaiusega lasereid, mis tähendab erakordselt puhtaid värve.
Erineva lainepikkusega laserid teenivad täiesti erinevaid rakendusi:
- Ultraviolettlaserid: mikroelektroonika tootmine, lasermeditsiin, teadusuuringud
- Rohelised laserid (532nm): lasershow'd, astronoomilised osutuspliiatsid
- Infrapunalaserid: kiudoptiline side (1310, 1550 nm), laserlõikamine, keevitamine, sõjalised rakendused
- Punased laserid (630–680 nm): laserosutajad, supermarketite vöötkoodiskannerid, DVD-mängijad, varajane fiiberoptiline side
- Sinised laserid (umbes . 405nm): Blu-ray-mängijad, suure-tihedusega andmesalvestus
Roheliste laserosutite levimus turul ei ole juhus. Inimsilm on kõige tundlikum umbes 550 nanomeetrise kollase{1}}rohelise valguse suhtes. Samaväärsel võimsustasemel tunduvad rohelised laserid oluliselt heledamad kui punased või sinised laserid. Tegelikult tundub 532 nm roheline laser umbes 8 korda heledam kui sama võimsusega 635 nm punane laser!
Laseri lainepikkusi ei valita meelevaldselt, vaid need on täpselt määratud töökeskkonna füüsikaliste omaduste, selle kvantenergia taseme struktuuri ja optilise resonaatori õõnsusega. Igal laseri lainepikkusel on ainulaadne genereerimismehhanism ja rakendusväärtus punasest violetseni, nähtavast nähtamatuks. Laserite maailm esindab täiuslikku koosmõju füüsikaseaduste ja inseneritehnoloogia vahel. Laseri lainepikkuste taga oleva teaduse mõistmine ei rahulda mitte ainult meie uudishimu, vaid aitab meil seda tähelepanuväärset valgust paremini kasutada sellistes valdkondades nagu meditsiin, side ja tootmine.
