Lazeris yra dar vienas svarbus žmonijos išradimas nuo XX amžiaus, po branduolinės energijos, kompiuterių ir puslaidininkių. Jis žinomas kaip „greičiausias peilis“, „tiksliausia valdovė“ ir „ryškiausia šviesa“. 1960 m. gegužės 16 d. amerikiečių fizikas Theodore'as Maimanas išrado pirmąjį pasaulyje lazerį. Pirmą kartą žmonija turėjo prieigą prie tokio stebuklingo šviesos šaltinio, pasižyminčio puikiu monochromatiškumu, dideliu kolimavimu ir dideliu energijos tankiu. Nuo 1960 m., kai buvo išrastas pirmasis lazeris, lazeriai buvo plačiai naudojami ryšių, medicinos, pramoninės gamybos, karinių ginklų ir kitose srityse ir tapo daugiadisciplinine bendrosios paskirties-technologija, turėjusia didžiulį poveikį daugelio sričių tyrimams ir skatinančia socialinės gamybos efektyvumo didinimą. Taigi, kas tiksliai yra lazeris? Ir kaip jis gaminamas?
Lazeris yra akronimas, reiškiantis „Šviesos stiprinimas skatinant spinduliuotę“, reiškiantį šviesos stiprinimą, kurį sukelia stimuliuojama spinduliuotė. Kai ši technologija buvo pristatyta Kinijoje 1964 m., p. Qian Xuesen sugalvojo jai tokį pavadinimą. Populiariai vartojamas jis taip pat turi gana įspūdingą transliteruotą pavadinimą „leishe“. Prieš suprasdami lazerius, pirmiausia pažiūrėkime, kas yra šviesa.
Šviesą gamina fotonai. 1905 m. Albertas Einšteinas pirmą kartą pristatė fotonų sąvoką savo darbe apie fotoelektrinį efektą. Fotonai yra viena iš pagrindinių materiją sudarančių dalelių. Fotonai yra labai maži ir ramybės būsenoje neturi masės. Pagal kvantinės mechanikos principus, kai elektronas nukrenta iš didesnės-energijos išorinio apvalkalo į žemesnės-energijos vidinį apvalkalą, atitinkamas atomo branduolys išskiria fotoną ir taip gamina šviesą. Kuo daugiau apvalkalų prakrenta elektronas, tuo didesnė fotono energija. Šis procesas yra grįžtamas; nukritus fotonui, atomo branduolys sugeria fotoną, o elektronas, gavęs energijos, iš žemesnės-energijos vidinio apvalkalo pereina į didesnės{10}}energijos išorinį apvalkalą.
Lazerio charakteristika yra ta, kad visi jo fotonai juda tuo pačiu bangos ilgiu ir faze. Atominėje sistemoje elektronai iš esmės juda sluoksniais. Kai atomą veikia jo išorinė aplinka, o didelės-energijos elektronai pereina į žemesnius energijos lygius, atsiranda du reiškiniai: „spontaniška emisija“ ir „stimuliuota emisija“. Lazeriai gaminami naudojant stimuliuojamą emisiją. Paprasčiau tariant, lazeris yra „šviesos spinduliuotė“, skleidžiama, kai medžiagos atomai „sužadinami“ tam tikro „siurbimo šaltinio“.
Lazeris yra prietaisas, generuojantis lazerio šviesą, daugiausia sudarytas iš siurblio šaltinio, stiprinimo terpės ir rezonansinės ertmės. Siurblio šaltinis yra lazerio sužadinimo šaltinis, teikiantis energiją mažos-energijos elektronams, kad jie sužadintų aukštesnius energijos lygius. Įprasti siurblių šaltiniai yra optinis sužadinimas, dujų išlydžio sužadinimas, cheminis sužadinimas ir branduolinės energijos sužadinimas. Rezonansinė ertmė yra grandinė tarp siurblio šaltinio ir stiprinimo terpės, paprastai susidedanti iš dviejų veidrodžių su tam tikromis geometrinėmis formomis ir optinio atspindžio charakteristikomis, sujungtomis tam tikru būdu. Tai leidžia sužadintai šviesai kelis kartus judėti pirmyn ir atgal ertmėje, sudarydama nuoseklius, nuolatinius virpesius, kurie sustiprinami, taip pat riboja šviesos pluošto dažnį ir kryptį. Stiprinimo terpė reiškia darbo terpę, kuri sustiprina šviesą.
Nuo tada, kai 1917 m. Einšteinas pasiūlė stimuliuojamą spinduliavimą, mokslininkai praleido 43 metus negailestingų tyrinėjimų, kol galiausiai 1960 m. sukūrė pirmąjį pasaulyje lazerį. Mokslininkas Maimanas iš Hughes Research Laboratories Kalifornijoje naudojo didelio -intensyvumo blykstės lempą, kad apšviestų rubiną, sužadindamas chromo atomus raudonoje šviesoje. Išgręžus skylę rubino paviršiuje, kuris buvo padengtas atspindinčiu veidrodžiu, raudona šviesa galėjo išeiti pro šią skylę, sukurdama labai koncentruotą siaurą raudonos šviesos spindulį. Kai šis spindulys buvo nukreiptas į tašką, jis galėjo pasiekti aukštesnę temperatūrą nei saulės paviršius. Taip gimė pirmasis pasaulyje lazeris-rubino lazeris-, kurio bangos ilgis yra 0,6943 mikrometrai. Tai buvo pirmasis lazerio spindulys, kurį kada nors sukūrė žmonija.
