Laser: definice, princip fungování a hlavní použití

Objevte, jak laser vzniká, princip zesílení světla a jeho klíčová použití v medicíně, průmyslu, telekomunikacích a vědeckém výzkumu.

Autor: Leandro Alegsa

06-02-2026 21:45

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.

Červené (660, 635 nm), zelené (532, 520 nm) a modré (445, 405 nm) lasery.

Mechanismus

Laser vytváří světlo speciálními činnostmi s využitím materiálu zvaného "optické zesilovací médium". Energie se do tohoto materiálu přivádí pomocí "energetické pumpy". Tou může být elektřina, jiný zdroj světla nebo jiný zdroj energie. Energie přivede materiál do tzv. excitovaného stavu. To znamená, že elektrony v materiálu mají energii navíc a po určité době ji ztratí. Když energii ztratí, uvolní foton (částici světla). Typ použitého optického zesilovacího média mění barvu (vlnovou délku), která vznikne. Uvolňování fotonů je "stimulovaná emise záření", která je součástí laseru.

Mnoho věcí může vyzařovat světlo, jako například žárovka, ale světlo nebude uspořádáno v jednom směru a fázi. Použitím elektrického pole, které řídí způsob vytváření světla, bude nyní toto světlo jednoho druhu a půjde jedním směrem. Jedná se o "koherentní záření".

V tuto chvíli je světlo stále slabé. Zrcadla na obou stranách odrážejí světlo tam a zpět, které dopadá na další části optického zesilovacího média, což způsobuje, že tyto části také uvolňují fotony a generují další světlo ("zesílení světla"). Když celé optické zesilovací médium produkuje světlo, nazývá se to nasycení a vzniká velmi silný světelný paprsek o velmi úzké vlnové délce, který bychom nazvali laserový paprsek.

Řezání laserem

Návrh

Světlo se pohybuje prostředím mezi dvěma zrcadly, která odrážejí světlo tam a zpět. Jedno ze zrcadel však odráží světlo jen částečně, takže část světla uniká. Unikající světlo tvoří laserový paprsek.

Jedná se o jednoduchou konstrukci; typ použitého optického zesilovacího média obvykle určuje typ laseru. Může to být krystal, příkladem je rubín a granátový krystal z yttria a hliníku s příměsí kovu vzácné zeminy. Plyny lze pro laser použít pomocí helia, dusíku, oxidu uhličitého, neonu nebo jiných. Velké a výkonné lasery jsou obvykle plynové. Laser na volných elektronech využívá svazek elektronů a lze jej naladit tak, aby vyzařoval různé barvy. A konečně nejmenší lasery používají k produkci světla polovodičové diody. Ty jsou nejpočetnějším druhem, používaným v elektronice.

Historie

Albert Einstein byl první, kdo přišel s myšlenkou stimulované emise, která by mohla vytvořit laser. Od té chvíle se mnoho let zkoumalo, zda tato myšlenka funguje. Nejprve se lidem podařilo vyrobit masery a později přišli na to, jak vyrobit kratší viditelné vlnové délky. Teprve v roce 1959 Gordon Gould ve své výzkumné práci použil název laser. První funkční laser sestavil a provozoval Theodore Maiman v Hughesových výzkumných laboratořích v roce 1960. V té době začalo na laserech pracovat mnoho lidí a o tom, kdo získá patent na laser, se rozhodlo až v roce 1987 (práva získal Gould).

Aplikace

Lasery našly mnoho využití v každodenním životě i v průmyslu. Lasery se používají v přehrávačích CD a DVD, kde čtou kód z disku, na kterém je uložena skladba nebo film. Laser se často používá ke čtení čárových kódů nebo kódů SQR na věcech prodávaných v obchodě, k identifikaci výrobku a udání jeho ceny. Lasery se používají v lékařství, zejména při operaci očí LASIK, kdy se laser používá k úpravě tvaru rohovky. V chemii se používá spolu se spektroskopií k identifikaci materiálů, aby se zjistilo, z jakých plynů, pevných látek nebo kapalin se něco skládá. Silnější lasery lze použít k řezání kovů.

Lasery se používají k měření vzdálenosti Měsíce od Země pomocí odrazů od reflektorů, které tam zanechaly mise Apollo. Měřením času, za který světlo doletí k Měsíci a zpět, můžeme přesně zjistit, jak daleko je Měsíc.

Laserová ukazovátka používají lidé k ukazování na místo na mapě nebo na diagramu. Používají je například lektoři. Mnoho lidí si s laserovými ukazovátky také rádo hraje. Někteří lidé jimi míří na letadla. To je nebezpečné a v mnoha zemích je to také nezákonné. Lidé byli za tento čin zatčeni a stíháni.

Počítače běžně používají jako vstupní zařízení optickou počítačovou myš. Moderní laserová ukazovátka jsou pro toto použití příliš velká a výkonná, takže většina myší používá pro tento účel malé lasery VCSEL neboli "lasery s vertikální dutinou vyzařující povrch". Tyto lasery se používají také v mechanikách DVD, CD-ROM a v holografii.

Otázky a odpovědi

Otázka: Co je to laser?

Odpověď: Laser je zařízení, které vytváří soustředěný jednobarevný světelný paprsek pomocí speciálních plynů nebo krystalů, které jsou pod napětím a vyzařují světlo.

Otázka: Jak laser vytváří světlo?

Odpověď: Plyny nebo krystaly v laseru jsou pod napětím, aby vyzařovaly světlo, které je pak zesíleno nebo zesíleno pomocí zrcadel.

Otázka: Vytváří laser světlo mnoha barev?

Odpověď: Ne, laser produkuje světlo pouze jedné barvy.

Otázka: Co je to kolimované světlo?

Odpověď: Úzký, soustředěný paprsek světla, který se na rozdíl od většiny ostatních zdrojů světla při svém šíření nerozšiřuje ani neslabne.

Otázka: Co znamená slovo laser?

Odpověď: Laser je zkratka, která znamená "zesílení světla stimulovanou emisí záření".

Otázka: Jaký je rozdíl mezi laserovým paprskem a paprskem svítilny?

Odpověď: Laserový paprsek zůstává soustředěný v úzkém svazku, zatímco paprsek svítilny se šíří a slábne.

Otázka: Jaká je souvislost mezi laserem a maserem?

Odpověď: Laser byl vyvinut z dřívějšího zařízení zvaného maser a obě zařízení využívají podobné principy k vytváření zesíleného světla.

Vyhledávání