Azonosító:
Jelszó:
Emlékezz rám!
Elfelejtetted a jelszavadat?

Itt bepillanthatsz
a Mi MICSODA filmekbe:

Get Flash to see this player.

A lézersugár

2016. május 17., 15:56
 

Ma az élet sok területén találkozhatunk a mesterségesen létrehozott fény egy sajátos formájával, a lézerrel. Nevét hol a CD-lejátszóknál és a nyomtatóknál, hol a gyógyításban vagy épp a fegyvergyártásban láthatjuk viszont. És bár az elvvel, amelynek alapján megszülethetett, már régóta tisztában voltak a fizikusok, az első lézer csak a huszadik második felében, 1960 májusában született meg, egy amerikai fizikus, Theodore Harold Maiman jóvoltából.


 
Az első lézerkészülék megalkotója, Maiman rubin­kristályt használt, amelynek két végére féligáteresztő, illetve egy nagy visszaverő-képességű tükörréteget párologtattak. Amikor a villanólámpa gerjeszti a rubin atomjait, egy jól meghatározott energiájú (a metastabil állapot és az alapállapot különbségének megfelelő) fény keletkezik, amely a lézersugár kibocsátásának a beindítója. Ez a fény az első fázisban a kristály két végéről visszaverődve ide-oda cikázik, a kristály tengelye mentén. Ezt a cikázást rendezi el a két tükör, amelyek egyike féligáteresztő. Amikor a fény energiája meghaladja azt a mértéket, amellyel már ki tud lépni a  féligáteresztő tükrön, a lézer világítani kezd és párhuzamos párhuzamos nyalábokból álló sugárban hagyja el a szerkezetet. (https://www.mozaweb.hu/Lecke-MOZ-A_feny-A_lezer-99569)

Mi a lézer?
A lézer betűszót a Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (magyarul: fényerősítés indukált emisszióval) kifejezésből alkották meg. Ez egyúttal azt is jelzi, hogy a név után fölösleges ismétlés lenne a „fény” szó használata, hiszen az már eleve benne van („Light”), pontosabb a lézersugár kifejezés.
Az indukció jelentése: elektromos áram gerjesztése, az emisszió pedig kibocsátást jelent. A kettő összekapcsolása az atomok gerjesztett állapotához vezet. Ezekkel a fogalmakkal már a 19-dik században is többen foglalkoztak, így pl. Faraday (1831), majd Maxwell, Kerr és Hertz (ez utóbbi nevével jelöljük a hangok rezgésszámát). A 20-dik század elején Planck kvantumelméletében is szerepet játszottak.  Rutherfordnak az 1911-ben kidolgozott atomelmélete után jelentős lépés volt Einstein felfedezése a kettő összekapcsolásának lehetőségéről. A nagy német fizikus 1917-ben fogalmazta meg, hogy mit jelent elméletben az indu­kált emisszió, amivel elvileg lehetővé vált a lézer létrehozása, miközben ennek gyakorlati feltételei még hiányoztak. Ezután a holográfia felfedezője, Gábor Dénes is fontos megfigyeléseket tett közzé a jelenségről (1948).
A kísérletek felgyorsulását az tette lehetővé, hogy a két világháború között rengeteget fejlődött a színképelemzés, szakszóval a spektroszkópia, ezért egyre komolyabb vizsgálatokat tudtak végezni a fény különböző tartományaiban lezajló folyamatokról. Az einsteini leírás szerint a folyamat lényege a következő: Az atomok meghatározott mennyiségben nyelnek el energiát, amivel gerjesztett állapotba viszik az elektronokat. Ezt úgy is meg lehet fogalmazni, hogy az elektronok az egyik energiaszintről egy másik, magasabb energiájú szintre jutnak. Az elektron egy fotonnyi energia kibocsátása során rendszerint 10-8 másodpercen belül (ez a 10 százmilliomod része) visszatér az eredeti szintjére. Ha azonban a fotonkibocsátást megelőzően egy másik, ugyanakkora energiájú foton ütközik a gerjesztett atomba, akkor a fotonkibocsátás felgyorsul, és ez jelenti az indukált emissziót. Az eredmény: két azonos fázisú, egyazon irányba mozgó foton. És ha ezek maguk is további gerjesztett atomokkal lépnek kölcsönhatásba, akkor egy szintén egy irányba mozgó fotonzápor keletkezik.

Ma már a veseműtétekhez nem kell feltétlenül fölvágni az emberek hasát – elég egy lézersugár, amely könnyedén apró darabokra hasítja a vesekövet, amelynek morzsalékait így a vizelet magával viszi.

A lézer tehát lényegében egy ilyen, befogott fotonzápor, amihez először is azt kellett megoldani, hogy valamilyen energiaforrással nagy számú atomot hozzanak gerjesztett állapotba, egy speciális atomrendszerben. Azután pedig azt, hogy a fotonzápor koncentrálható legyen. A legnagyobb lelemény az volt, hogy a lézert előállító szerkezetben a fény egy szakaszának két végére tükröt kell helyezni, amelyek a fény visszaverésével tartják fenn a folyamatos gerjesztettség állapotát. Ha pedig az egyik végén a tükör féligáteresztő, ez a fény egy részét átengedi – így jön létre a koncentrált, vagyis nem szétszóródó lézersugár. Ennek fontos tulajdonsága, hogy nagy távolságokat tud megtenni a fényerőssége jelentősebb csökkenése nélkül, ezért is alkalmas arra, hogy a legkülönfélébb területeken alkalmazzák.
A lézer energiaforrása elektromos kisülés vagy erős fényforrás is lehet.
Vannak speciális anyagok, amelyeknél az elektron az átlagosnál hosszabb időt is eltölthet a gerjesztett energiaszint alatt. Az elektronnak ezt az állapotát metastabil állapotnak nevezik, és ez fontos szerepet játszik a lézerhez vezető jelenségek között. Maiman a sorsdöntő kísérletében rubinkristállyal dolgozott, gerjesztésként pedig egy villanólámpa fényét használta. A rubin­kristály két végére féligáteresztő, illetve egy nagy visszaverő-képességű tükörréteget párologtattak.

A lézersugár ezt „látja” egy CD lemez felületén.

Hol és mire használnak lézert? 
Miután Maiman kifejlesztette az első lézert, 1964-ben Alexander Mihajlovics Prohorov szovjet akadémikus, Charles Hard Townes amerikai és Nyikolaj Gennadijevics Baszov szovjet fizikusok további kísérleteket folytattak le, amelynek megkoronázásaképpen  megosztva Nobel-díjat kaptak. Sikereik nyomán pedig megindult a lézer gyakorlati felhasználása. A hétköznapokban például a boltok árukódot leolvasó készülékeiben is találkozunk a lézersugárral. Emellett a CD lejátszók is ezzel működnek. Egy CD lemezen csaknem 5 kilométernyi, középről spirál alakban kifelé haladó lejátszósáv van, amely 640 Mbyte információt (kb. 80 percet) rögzít, a számítógépes bináris rendszer (0 és 1 digitális jelek) jegyében dudorok és sima felületek váltakozása révén. A sima felületet a fény az  érzékelőbe vetíti, a dudorok pedig szétszórják a fényt, amely így nem érkezik be az érzékelőbe. A matematika nyelvén: a sima felületről visszavert fényt az érzékelő 0-ként, a visszavert fény hiányát 1-esként értelmezi. Ezeket a jeleket azután a gép kiértékeli, visszaalakítja és fölerősíti, ill. a hangszórón hallhatóvá teszik. (Ha DVD-ről van szó, akkor képek is vannak a lemezen, és képernyőn látjuk az információkat.) A hagyományos lemezjátszókon használt tűkkel szemben az információkat letapogató lézersugár nagy előnye, hogy nem karcolja a lemezt.
További előnye még a lézersugárnak, hogy ún. optikai szálban is lehet vezetni, ahol nem érik romboló hatások (pl. az időjárástól), ezért a lézeres adatátvitelt pl. a telefonközpontok összekötésére, az internet-szolgáltatók adatátviteli bázisának kiépítésére vagy videó-rendszereket összefogó kommunikációs hálózatok központi egységének telepítésére is jól föl lehet használni.
Nagy a jelentősége a lézersugarak felhasználásának a gyógyításban is. Ma már szemműtéteket is végeznek vele, de hegesedéseket, bőrkinövéseket és rossz fogakat is tudnak gyógyítani a lézersugárral. 
A magyar fizikusok hamar felismerték a lézer fontosságát és már eddig is jelentős eredményeket értek el a lézerfejlesztés területén. Így reménykedhetünk abban, hogy a lézernek egyre több hasznát látjuk.

 

Lévai Júlia

 
Nyomtatóbarát verzió
Küldd tovább ezt a cikket barátodnak, ismerősödnek
Ajánld a Mi MICSODA Klubot barátodnak, ismerősödnek

Kapcsolat | Impresszum