Co je to laser?
Laser (zkratka z anglického „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“) je zdroj vysoce koherentního elektromagnetického záření, které vzniká díky stimulované emisi. Nejčastěji se vyskytuje ve viditelné, infračervené nebo ultrafialové oblasti spektra. Laserové záření se vyznačuje vysokou intenzitou, koherencí (souběhem vlnění) a monochromatičností (jednobarevností).
Jak laser funguje?
Princip laseru spočívá ve stimulované emisi záření. V aktivním prostředí laseru jsou atomy nebo molekuly elektronicky excitovány do vyššího energetického stavu. Tato excitace je však nestabilní a atomy brzy přecházejí do metastabilní energetické hladiny. Když pak prostředím proletí stimulující foton, atom okamžitě přejde zpět do základního stavu a uvolní další foton se stejnými vlastnostmi, jako měl stimulující foton. Tento proces se mnohonásobně opakuje a vzniká lavina identických fotonů, které společně tvoří koherentní paprsek světla.
Hlavní součásti laseru
Každý laser se skládá ze tří základních částí:
Aktivní prostředí
Aktivní prostředí obsahuje látku schopnou excitace a následné stimulované emise. Tato látka může být pevná (např. krystal s příměsí), kapalná nebo plynná (například směs helia a neonu).
Rezonátor
Rezonátor tvoří dvě protilehlá zrcadla. Jedno z nich je úplně odrazivé, druhé částečně propouští světlo ven z laseru. Zrcadla umožňují opakovaný průchod světla aktivním prostředím, čímž se paprsek postupně zesiluje.
Zdroj záření (čerpadlo)
Zdroj energie (čerpadlo) zajišťuje excitaci elektronů v aktivním prostředí. Může jím být elektrický proud, výbojka, chemická reakce nebo dokonce jiný laser.
Typy laserů
Existuje několik základních kategorií laserů:
Podle časového režimu:
- Kontinuální lasery: Emitují paprsek nepřetržitě.
- Impulzní lasery: Emitují světlo v krátkých a velmi intenzivních pulzech.
- Kvazikontinuální lasery: Vysílají pulzy s vysokou opakovací frekvencí, což působí jako kontinuální paprsek.
Podle aktivního prostředí:
- Pevnolátkové lasery (např. rubínový laser, Nd:YAG laser)
- Plynové lasery (např. helium-neonový laser, CO₂ laser)
- Polovodičové lasery (diodové lasery)
- Kapalinové lasery (např. barvivové lasery)
- Plazmové lasery
- Lasery s volnými elektrony
Kde se laser využívá?
Díky svým unikátním vlastnostem našly lasery uplatnění v řadě oblastí:
Medicína
V medicíně se laser používá k přesnému řezání a odpařování tkání, díky čemuž jsou operace méně invazivní. Často se využívá v oftalmologii (operace očí), dermatologii (léčba kožních onemocnění), stomatologii, gynekologii, plastické chirurgii nebo neurochirurgii. Výhody zahrnují minimalizaci infekcí a rychlejší hojení.
Průmysl
V průmyslu se laser využívá při svařování, řezání, gravírování nebo vrtání, zejména díky schopnosti soustředit velkou energii na malé místo. Lasery se často používají i v mikroelektronice k výrobě čipů nebo elektronických obvodů.
Měřící technika a komunikace
Lasery se rovněž využívají v přesných měřeních vzdáleností (geodézie, stavebnictví), při čtení čárových kódů, nebo také ve vysokorychlostní optické komunikaci (optická vlákna).
Vojenství
Ve vojenských aplikacích se používají například k přesnému navádění střel, označování cílů nebo jako obranné systémy proti dronům.
Rizika spojená s lasery
Při používání laserů existují také určitá rizika, především kvůli vysoké koncentraci energie:
Poškození zraku
Laserové paprsky mohou způsobit vážné poškození sítnice oka. Koherentní paprsek má nízkou divergenci a velkou intenzitu, což znamená, že energie je koncentrovaná do velmi malé plochy. Následkem může být i trvalé oslepnutí.
Poškození kůže a další rizika
Vysokovýkonné lasery mohou způsobit popáleniny nebo i hlubší poškození kůže. Průmyslové použití laserů může také způsobit požáry nebo poškodit citlivá elektronická zařízení.
Bezpečnostní opatření
Bezpečnostní opatření zahrnují především používání ochranných brýlí určených pro specifickou vlnovou délku laseru. Dále jsou nutné bezpečnostní procedury při manipulaci s laserovými zařízeními, pravidelné školení obsluhy a správná instalace laserových systémů.
Závěrem
Laser je mimořádně užitečný a všestranný nástroj moderní vědy a techniky, který umožňuje přesnou kontrolu nad světlem a jeho energií. Jeho využití napříč různými obory neustále roste, avšak vzhledem k jeho síle je důležité dodržovat přísná bezpečnostní pravidla.