Laser je zařízení, které vytváří zesílený jednobarevný zdroj světla s vysokou směrovostí a koherencí. Aktivním prostředím mohou být různé plyny, polovodiče, tekuté barviva nebo pevné látky — například speciální plyny nebo krystaly, které vyzařují světlo převážně jedné barvy. V aktivním prostředí se atomy nebo molekuly dostanou do excitovaného stavu pomocí zdroje energie (pumpování) a následně se při přechodu na nižší energetickou hladinu uvolní fotony. Plyny jsou v některých typech laserů uvedeny do stavu emitujícího světlo elektrickým výbojem nebo jiným pumpovacím zdrojem. Poté se k zesílení světla používá optický rezonanční systém sestávající ze zrcadel; část světla je vyvedena jako užitečný paprsek. Ve většině laserů se výsledné světlo šíří převážně jedním směrem, takže zůstává jako úzký paprsek kolimovaného světla, který se nerozšiřuje ani neslábne tak rychle jako u běžných zdrojů světla.

Princip fungování

Základní princip laseru je založen na stimulované emisi fotonů. Po stručném popisu kroků:

  • Pumpování: externí zdroj energie (elektrický výboj, světelný zdroj, chemická reakce nebo elektrický proud u diod) přivede aktivní medium do excitovaného stavu;
  • Populační inverze: více částic je v excitovaném stavu než v nižším základním stavu, což umožní zesílení světla namísto jeho pohlcování;
  • Stimulační emise: průchod existujícího fotonu aktivním prostředím může vyvolat emisi dalšího fotonu stejné frekvence, fáze a směru;
  • Rezonátor: zrcadla na obou stranách aktivního média zvyšují pravděpodobnost, že fotony projdou médii opakovaně a budou dále zesilovány; jedno zrcadlo je částečně propustné a propouští užitečný výstupní paprsek.

Díky tomuto mechanismu má světlo z laseru několik typických vlastností: vysoká monochromatičnost (úzké spektrum vlnových délek), vysoká prostorová a často i časová koherence a velmi malý rozptyl paprsku (velmi směrovaný). Tyto vlastnosti se liší podle typu laseru (plynový, polovodičový/diodový, krystalový/pevný, vláknový, barvivový apod.) a konstrukce rezonátoru.

Hlavní použití

  • Průmysl: řezání, svařování, gravírování, povrchové zpracování materiálů (vysokovýkonné lasery); přesné dělení tenkých plechů nebo svařování mikrokomponent.
  • Medicína: oftalmologie (operace očí, korekce zraku), chirurgie (řezání a koagulace tkání), dermatologie (odstranění pigmentových skvrn, tetování), stomatologie a další specializované zákroky.
  • Telekomunikace a datová přenosová technika: lasery v optických vláknech pro přenos dat na velké vzdálenosti s nízkými ztrátami.
  • Věda a výzkum: spektroskopie, interferometrie, studium materiálů a kvantová optika.
  • Měřící přístroje a senzorika: lidar, dálkoměry, metrologie, přesné měření vzdáleností a tvarů.
  • Komerční a spotřební využití: čtečky čárových kódů, laserová ukazovátka, optické mechaniky v discích (u starších typů), tiskové a skenovací technologie.
  • Obrana a bezpečnost: zaměřovače, systémy dálkové detekce, některé energetické nebo protiopatření (obranné lasery).

Bezpečnost a omezení

Laserové paprsky mohou být nebezpečné, zejména pro zrak. Existují mezinárodně definované třídy laserových zařízení (třída 1 až 4) podle potenciálního rizika. Vyšší třídy (3B, 4) mohou způsobit trvalé poškození zraku a popáleniny kůže při přímém nebo reflektovaném zásahu. Proto je nutné při práci s výkonnými lasery používat ochranné brýle určené pro danou vlnovou délku, bezpečnostní kryty a přísné provozní postupy.

Krátká historická poznámka

Slovo "laser" je zkratka pro „zesílení světla stimulovanou emisí záření“. Pojem i princip vychází z dřívějšího zařízení zvaného Maser, a první funkční laser byl sestaven na počátku 60. let 20. století. Od té doby se technologie rychle rozvíjela a vznikly různé typy laserů přizpůsobené širokému spektru aplikací.

Obecně platí, že laser je výkonný a přesný nástroj s mnoha praktickými využitími, ale zároveň vyžaduje respekt k bezpečnostním pravidlům a správnému provozu.