Jaký je princip laseru a jeho vlastnosti?

Co je to laser

Slovo LASER je akronymem z anglického "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" tedy  "zesilování světla stimulovanou emisí záření".

Laserové záření, nebo-li laserový paprsek je ze svého zdroje vyzařován ve formě úzkého svazku. Na rozdíl od světla z přírodních zdrojů je tento světelný svazek koherentní, to znamená, že se s rostoucí vzdáleností od svého zdroje šířka svazku (téměř) nemění.

Princip generování laseru

Když elektron v atomu absorbuje energii, přechází z nízké energetické úrovně na vyšší energetickou úroveň a pak opět klesá z vysoké energetické úrovně na nízkou úroveň energie, Při tomto poklesu energetické úrovně se uvolňuje energie ve formě fotonů. Optické vlastnosti indukovaných (excitovaných) fotonových paprsků (laserů) jsou vysoce konzistentní. Proto má laser ve srovnání s běžným světelným zdrojem lepší monochromatické a směrové vlastnosti a vyšší jas.

Vlastnosti laseru

1. Monochromatický paprsek
   rozložení vlnové délky laseru je úzké, takže barva paprsku je jednotná. Zjednodušeně řečeno to znamená, že všechny fotony vytvářející laserový paprsek mají stejnou vlnovou délku a tedy i stejné fyzikální vlastnosti. Monochromatická vlastnost laseru je mnohem lepší než u jiných monochromatických světelných zdrojů.
   
   Díky tomu, že je laserový paprsek monochromatický, je snadné ho filtrovat a tím dále zlepšovat jeho optické vlastnosti (zlepšit poměr signálu k šumu). Při zpracování materiálu se absorpční spektrum různých materiálů liší. Proto je možné selektivně zpracovávat různé materiály nebo řídit hloubku a distribuci absorpce paprsku v materiálu. Čím lepší je monochromatičnost laserového paprsku, tím stabilnější je jeho vlnová délka a frekvence.
   
   
2. Směrovost paprsku
   Paprsek vyzařovaný laserem je vyzařován pouze v jednom směru. Paprsek z obyčejného světelného zdroje se většinou rozptyluje do všech směrů. Chcete-li, aby se světlo ze zdroje šířilo jen jedním směrem, je třeba většinou nainstalovat další pomocné zařízení. Například světlomet automobilu je vybaven reflektorem, který odráží světlo proudící nežádoucím směrem dopředu před automobil.
   
   Oproti tomu laserový paprsek vyzařovaný z laserového zdroje vyzařuje pouze v jednom směru a divergence paprsku je velmi malá, téměř rovnoběžná.
   Pro představu vzdálenost mezi Zemí a Měsícem je asi 380.000 km. Pokud bychom na měsíc posvítili laserovým paprskem, měl by tento paprsek na povrchu Měsíce průměr necelé 2 km. To se zdá hodně. Relativně paralelní světelný paprsek z automobilu by ale za stejných podmínek ozářil plochu několikanásobně větší než je povrch Měsíce.
   
   
3. Prostorová soudržnost laserového paprsku
   Pokud o světelném paprsku uvažujeme jako o vlně, čím mají jednotlivé fotony jednotnější vlnovou délku, tím vyšší je soudržnost celého laserového paprsku. Pokud by se vlnové délky jednotlivých fotonů lišily, navzájem by se srážely jako vlny na vodní hladině. Pokud se například na vodní hladině srazí různé vlny, mohou se navzájem sečíst a vznikne vlna větší, nebo se mohou zcela vyrušit. V každém případě už ale výsledná vlna nebude mít stejné vlastnosti jako vlny původní. Základním předpokladem dobré soudržnosti laserového paprsku a odolnosti vůči vnějšímu rušení je jeho čistota.
   Pokud jsou fáze, vlnová délka a směr laserového paprsku konzistentní, paprsek má velkou soudržnost a dokáže se přenášet i na velké vzdálenosti jen s malými ztrátami. Konzistentní světelný paprsek lze také lépe zaostřit pomocí čoček a objektivů.