Lasern är en annan viktig uppfinning av mänskligheten sedan 1900-talet, efter kärnkraft, datorer och halvledare. Det är känt som "den snabbaste kniven", "den mest exakta linjalen" och "det starkaste ljuset." Den 16 maj 1960 uppfann den amerikanske fysikern Theodore Maiman världens första laser. För första gången hade mänskligheten tillgång till en sådan mirakulös ljuskälla med utmärkt monokromaticitet, hög kollimation och hög energitäthet. Sedan uppfinningen av den första lasern 1960 har lasrar använts i stor utsträckning inom kommunikation, medicin, industriell produktion, militära vapen och andra områden, och blivit en tvärvetenskaplig allmän-teknologi som har haft en enorm inverkan på forskning inom många områden och har främjat förbättringen av social produktionseffektivitet. Så vad är egentligen en laser? Och hur tillverkas den?
Laser är en akronym för "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", vilket betyder ljusförstärkning orsakad av stimulerad strålningsemission. När denna teknik introducerades till Kina 1964, myntade Mr. Qian Xuesen detta namn för den. I populär användning har den också ett ganska imponerande translittererat namn, "leishe". Innan vi förstår lasrar, låt oss först titta på vad ljus är.
Ljus produceras av fotoner. 1905 introducerade Albert Einstein för första gången begreppet fotoner i sin artikel om den fotoelektriska effekten. Fotoner är en av de grundläggande partiklarna som utgör materia. Fotoner är extremt små och har ingen massa i vila. Enligt kvantmekanikens principer, när en elektron faller från ett yttre skal med högre-energi till ett inre skal med lägre-energi, släpper motsvarande atomkärna en foton och producerar därmed ljus. Ju fler skal elektronen faller igenom, desto större energi har fotonen. Denna process är reversibel; när en foton infaller absorberar atomkärnan fotonen och elektronen, efter att ha fått energi, flyttar sig från ett inre skal med lägre-energi till ett yttre skal med högre-energi.
Kännetecknet för en laser är att alla dess fotoner rör sig tillsammans med samma våglängd och fas. I ett atomsystem rör sig elektroner i huvudsak i lager. När en atom påverkas av sin yttre miljö, och hög-elektroner övergår till lägre energinivåer, finns det två fenomen: "spontan emission" och "stimulerad emission." Lasrar produceras genom stimulerad emission. Enkelt uttryckt är en laser den "ljusstrålning" som sänds ut när atomerna i ett ämne "exciteras" av en specifik "pumpkälla".
En laser är en anordning som genererar laserljus, huvudsakligen sammansatt av en pumpkälla, ett förstärkningsmedium och en resonanshålighet. Pumpkällan är laserns excitationskälla och ger energi till elektroner med låg-energi för att excitera dem till högre energinivåer. Vanliga pumpkällor inkluderar optisk excitation, gasurladdningsexcitation, kemisk excitation och kärnenergiexcitation. Resonanshålrummet är kretsen mellan pumpkällan och förstärkningsmediet, vanligtvis bestående av två speglar med specifika geometriska former och optiska reflektionsegenskaper kombinerade på ett speciellt sätt. Detta gör det möjligt för det exciterade ljuset att färdas fram och tillbaka flera gånger i kaviteten, vilket bildar koherenta, ihållande svängningar som förstärks, och begränsar också ljusstrålens frekvens och riktning. Förstärkningsmediet avser det arbetsmedium som förstärker ljuset.
Sedan Einstein föreslog stimulerad utsläpp 1917, tillbringade forskare 43 år av obeveklig utforskning innan de slutligen skapade världens första laser 1960. Forskaren Maiman, från Hughes Research Laboratories i Kalifornien, använde en hög-blixtlampa för att lysa upp en rubin, vilket spände det röda ljuset i rubinkromet. Genom att borra ett hål i rubinens yta, som var belagd med en reflekterande spegel, kunde det röda ljuset strömma ut genom detta hål och producera en mycket koncentrerad, smal stråle av rött ljus. När denna stråle riktades mot en punkt kunde den nå temperaturer högre än solens yta. Således föddes världens första laser-rubylasern-, med en våglängd på 0,6943 mikrometer. Detta var den första laserstrålen som någonsin producerats av mänskligheten.
