Laserul este un dispozitiv care produce un fascicul de lumină foarte îngust, de o singură culoare și cu undele aliniate între ele. Numele vine de la o expresie engleză care înseamnă amplificarea luminii prin emisie stimulată a radiației. Spre deosebire de lumina unui bec, care se împrăștie în toate direcțiile, lumina laser rămâne concentrată pe distanțe mari. Întrebările de mai jos sunt cele pe care le pun cel mai des cititorii, iar răspunsurile pornesc de la ideile de bază.
Cum ia naștere lumina unui laser?
Totul pornește de la atomi. Un atom poate avea electronii pe niveluri de energie diferite. Dacă îi dai energie, un electron urcă pe un nivel superior, iar când coboară înapoi, emite un pachet de lumină, numit foton. Într-un bec, aceste emisiuni se petrec haotic. Într-un laser, un foton care trece pe lângă un atom aflat în stare excitată îl determină să emită un alt foton identic, cu aceeași culoare, aceeași direcție și același ritm al undei. Acesta este fenomenul de emisie stimulată, la care se referă numele.
Pentru a înțelege mai bine aceste niveluri de energie, merită să cunoști structura atomului. Pe această temă, materialul despre atom și particulele elementare explică de unde provin electronii și protonii implicați.
Din ce părți este făcut un laser?
Orice laser are trei elemente esențiale. Un mediu activ, care poate fi un gaz, un cristal sau un semiconductor, conține atomii care emit lumina. O sursă de energie, numită pompare, aduce atomii în stare excitată; poate fi un curent electric sau o lampă. Două oglinzi, una complet reflectorizantă și una parțial transparentă, formează o cavitate în care lumina merge înainte și înapoi, stimulând tot mai multe emisii, până când o parte iese prin oglinda parțială ca fascicul.
- Mediul activ: sursa fotonilor.
- Pomparea: energia care pregătește atomii.
- Cavitatea cu oglinzi: amplifică și direcționează lumina.
De ce lumina laser este diferită de cea obișnuită?
Lumina laser are trei proprietăți care o fac specială. Este monocromatică, adică are o singură culoare, sau o bandă foarte îngustă. Este coerentă, ceea ce înseamnă că undele ei sunt în fază, aliniate ca niște soldați care merg în pas. Este direcțională, deci fasciculul se lărgește foarte puțin pe distanță. Aceste trei calități permit aplicații imposibile pentru lumina obișnuită, de la tăierea metalelor la măsurarea distanțelor cu precizie.
Unde întâlnim laserul în viața de zi cu zi?
Laserul este aproape peste tot, deși rareori îl vedem. Citirea codurilor de bare la casă, imprimantele laser, cititoarele de discuri optice, puntatoarele pentru prezentări și telemetrele pentru măsurat camere folosesc diode laser mici. Rețelele de internet prin fibră optică transmit informația sub formă de impulsuri laser prin fire subțiri de sticlă. În industrie, laserele taie și sudează materiale, iar în medicină sunt folosite în chirurgia oculară, în dermatologie și în stomatologie, în mâinile unor specialiști instruiți.
- Comunicații: fibra optică din rețelele de date.
- Comerț: scanerele de coduri de bare.
- Industrie: tăiere, gravare, sudare.
- Medicină: proceduri realizate de personal calificat.
- Știință: măsurători de distanță, spectroscopie, studiul atomilor.
Este periculos un laser?
Depinde de putere și de lungimea de undă. Puntatoarele de putere mică, folosite corect, sunt în general sigure, dar nu trebuie îndreptate niciodată spre ochii cuiva, spre animale, spre geamurile mașinilor sau spre avioane. Ochiul concentrează fasciculul pe retină, iar chiar și o putere mică poate produce leziuni, mai ales pentru că reflexul de clipire nu protejează suficient la unele lungimi de undă. Laserele puternice cer protecție specială și se folosesc doar de personal instruit.
La cumpărare, evită produsele fără marcaje clare de clasă de siguranță. Copiii nu ar trebui să se joace cu lasere, nici măcar cu cele vândute ca jucării, fără supraveghere.
De ce laserul a schimbat atât de mult tehnologia?
Pentru că oferă control precis asupra luminii. Poți concentra energia într-un punct foarte mic, poți trimite informația pe distanțe mari sau poți măsura timpul cu precizie extremă. Laserul a permis, printre altele, comunicațiile moderne, producția de componente electronice și multe tehnici de cercetare. În laboratoare, lasere speciale sunt folosite pentru a răci atomii aproape de zero absolut, în scopul studierii proprietăților lor cuantice.
Ce tipuri de lasere există?
După mediul activ, laserele se împart în câteva familii. Laserele cu gaz, cum este cel cu heliu și neon, produc un fascicul stabil și au fost mult timp folosite în laboratoare. Laserele cu stare solidă folosesc cristale speciale și sunt utile pentru puteri mari. Laserele cu semiconductor, adică diodele laser, sunt mici, ieftine și se găsesc în puntatoare, în cititoare de discuri și în echipamentele de fibră optică. Mai există lasere cu colorant, cu fibră și lasere care produc impulsuri extrem de scurte, de ordinul unor miliardimi de miliardime de secundă, folosite pentru a studia reacțiile chimice rapide.
Cum se măsoară distanțele cu un laser?
Un telemetru laser trimite un impuls scurt spre o țintă și măsoară timpul necesar pentru ca lumina reflectată să se întoarcă. Cum viteza luminii este cunoscută, distanța se obține înmulțind această viteză cu jumătate din timpul dus-întors. Metoda este folosită la construcții, în topografie și în sistemele de ajutor la parcare ale unor automobile. Cercetătorii au măsurat astfel distanța până la Lună, trimițând impulsuri spre oglinzi lăsate acolo de misiunile cu echipaj.
Unde pot afla mai multe despre fenomenele luminii?
Dacă subiectul te-a interesat, pe OrizontNews găsești alte materiale despre lumină, culori și atomi, scrise astfel încât să poată fi urmărite de cititori fără pregătire de specialitate. Laserul este un exemplu bun de idee fizică simplă, cu aplicații surprinzător de variate.
