Ein Laser ist ein Gerät, das Licht (elektromagnetische Radiation) durch einen Prozess der optischen auf der stimulierten Emission von Fotonen gestützten Erweiterung ausstrahlt. Der Begriff "Laser" ist als ein Akronym für die Leichte Erweiterung durch die Stimulierte Emission der Radiation entstanden. Das ausgestrahlte Laserlicht ist für seinen hohen Grad der räumlichen und zeitlichen Kohärenz, das unerreichbare Verwenden anderer Technologien bemerkenswert.

Raumkohärenz wird normalerweise durch die Produktion ausgedrückt, die ein schmaler Balken ist, der, häufig ein so genannter "Bleistift-Balken Beugungsbeschränkt wird." Laserbalken können zu sehr winzigen Punkten eingestellt werden, ein sehr hohes Ausstrahlen erreichend. Oder sie können in einen Balken der sehr niedrigen Abschweifung gestartet werden, um ihre Macht in einer großen Entfernung zu konzentrieren.

Zeitlich (oder längs gerichtet) bezieht Kohärenz eine polarisierte Welle an einer einzelnen Frequenz ein, deren Phase über eine relativ große Entfernung (die Kohärenz-Länge) entlang dem Balken aufeinander bezogen wird. Ein von einer thermischen oder anderen zusammenhanglosen leichten Quelle erzeugter Balken hat einen sofortigen Umfang und Phase, die sich zufällig in Bezug auf die Zeit und Position, und so eine sehr kurze Kohärenz-Länge ändern.

Der grösste Teil so genannten "einzelnen Wellenlänge" Laser erzeugt wirklich Radiation in mehreren Weisen, die ein bisschen verschiedene Frequenzen (Wellenlängen), häufig nicht in einer einzelnen Polarisation haben. Und obwohl zeitliche Kohärenz monochromaticity einbezieht, gibt es sogar Laser, die ein breites Spektrum des Lichtes ausstrahlen, oder verschiedene Wellenlängen des Lichtes gleichzeitig ausstrahlen. Es gibt einige Laser, die nicht einzelne Raumweise sind und folglich ihre leichten Balken mehr als erforderlich durch die Beugungsgrenze abweichen. Jedoch werden alle diese Geräte als auf ihrer Methode gestützte "Laser" klassifiziert, dieses Licht zu erzeugen: stimulierte Emission. Laser werden in Anwendungen verwendet, wo das Licht der erforderlichen räumlichen oder zeitlichen Kohärenz mit einfacheren Technologien nicht erzeugt werden konnte.

Fachsprache

Der Wortlaser hat als ein Akronym für die "leichte Erweiterung durch die stimulierte Emission der Radiation" angefangen; im modernen Gebrauch "Licht" zeigt weit gehend elektromagnetische Radiation jeder Frequenz, nicht nur sichtbares Licht, folglich, ultravioletter Infrarotlaserlaser, Röntgenstrahl-Laser und so weiter an. Weil der Mikrowellenvorgänger des Lasers, der Maser, zuerst entwickelt wurde, werden Geräte dieser Sorte, die an Mikrowellen- und Radiofrequenzen funktioniert, "Masern" aber nicht "Mikrowellenlaser" oder "Radiolaser" genannt. In der frühen technischen Literatur, besonders an Glockentelefonlaboratorien, wurde der Laser eine optische Maser genannt; dieser Begriff ist jetzt veraltet.

Ein Laser, der Licht allein erzeugt, ist technisch ein optischer Oszillator aber nicht ein optischer Verstärker, wie angedeutet, durch das Akronym. Es ist humorvoll bemerkt worden, dass der Akronym-VERLIERER, für die "leichte Schwingung durch die stimulierte Emission der Radiation," richtiger gewesen wäre. Mit dem weit verbreiteten Gebrauch des ursprünglichen Akronyms als ein Gattungsname sind wirkliche optische Verstärker gekommen, um "Laserverstärker" trotz der offenbaren Überfülle in dieser Benennung genannt zu werden.

Das zurückgebildete Verb, um zu faulenzen, wird oft im Feld verwendet, bedeutend, "Laserlicht," besonders in der Verweisung auf das Gewinn-Medium eines Lasers zu erzeugen; wenn ein Laser funktioniert, wie man sagt, "faulenzt" er. Der weitere Gebrauch des Wortlasers und der Maser in einem verlängerten Sinn, sich auf die Lasertechnologie oder Geräte nicht beziehend, kann im Gebrauch wie Astrophysical-Maser und Atom-Laser gesehen werden.

Design

Ein Laser besteht aus einem Gewinn-Medium innerhalb einer hoch reflektierenden optischen Höhle, sowie einem Mittel, Energie dem Gewinn-Medium zu liefern. Das Gewinn-Medium ist ein Material mit Eigenschaften, die ihm erlauben, Licht durch die stimulierte Emission zu verstärken. In seiner einfachsten Form besteht eine Höhle aus zwei Spiegeln eingeordnet solch, dass Licht hin und her springt, jedes Mal das Gewinn-Medium durchführend. Normalerweise ist einer der zwei Spiegel, der Produktionskopplung, teilweise durchsichtig. Der Produktionslaserbalken wird durch diesen Spiegel ausgestrahlt.

Das Licht einer spezifischen Wellenlänge, die das Gewinn-Medium durchführt, wird (Zunahmen in der Macht) verstärkt; die Umgebungsspiegel stellen sicher, dass der grösste Teil des Lichtes macht, führen viele das Gewinn-Medium durch, wiederholt verstärkt. Ein Teil des Lichtes, das zwischen den Spiegeln ist (d. h. innerhalb der Höhle) führt den teilweise durchsichtigen Spiegel durch und flüchtet als ein Lichtstrahl.

Der Prozess, die für die Erweiterung erforderliche Energie zu liefern, wird genannt pumpend. Die Energie wird normalerweise als ein elektrischer Strom oder als Licht an einer verschiedenen Wellenlänge geliefert. Solches Licht kann durch eine Blitz-Lampe oder vielleicht einen anderen Laser zur Verfügung gestellt werden. Die meisten praktischen Laser enthalten zusätzliche Elemente, die Eigenschaften wie die Wellenlänge des ausgestrahlten Lichtes und die Gestalt des Balkens betreffen.

Laserphysik

Elektronen, und wie sie mit elektromagnetischen Feldern aufeinander wirken, sind in unserem Verstehen der Chemie und Physik wichtig.

Stimulierte Emission

In der klassischen Ansicht ist die Energie eines Elektrons, das einen Atomkern umkreist, für Bahnen weiter vom Kern eines Atoms größer. Jedoch zwingt Quant mechanische Effekten Elektronen, getrennte Positionen in orbitals zu übernehmen. So werden Elektronen in spezifischen Energieniveaus eines Atoms gefunden, von denen zwei unten gezeigt werden:

Wenn ein Elektron Energie entweder vom Licht (Fotonen) oder von der Hitze (phonons) absorbiert, erhält es dieses Ereignis Quanten der Energie. Aber Übergängen werden nur getrennte Zwischenenergieniveaus wie die zwei erlaubt, die oben gezeigt sind.

Das führt zu Emissionslinien und Absorptionslinien.

Wenn ein Elektron von einem niedrigeren bis ein höheres Energieniveau aufgeregt ist, wird es für immer nicht so bleiben.

Ein Elektron in einem aufgeregten Staat kann zu einem niedrigeren Energiestaat verfallen, der, gemäß einer bestimmten Zeit das unveränderliche Charakterisieren dieser Übergang nicht besetzt wird. Wenn solch ein Elektron ohne Außeneinfluss verfällt, ein Foton ausstrahlend, das "spontane Emission" genannt wird. Die Phase, die mit dem Foton vereinigt ist, das ausgestrahlt wird, ist zufällig. Ein Material mit vielen Atomen in solch einem aufgeregten Staat kann so auf Radiation hinauslaufen, die sehr geisterhaft beschränkt wird (in den Mittelpunkt gestellt um eine Wellenlänge des Lichtes), aber die individuellen Fotonen würden keine allgemeine Phase-Beziehung haben und würden in zufälligen Richtungen ausgehen. Das ist der Mechanismus der Fluoreszenz und Thermalemission.

Ein elektromagnetisches Außenfeld an einer mit einem Übergang vereinigten Frequenz kann das Quant mechanischer Staat des Atoms betreffen. Da das Elektron im Atom einen Übergang zwischen zwei stationären Staaten macht (von denen keiner ein Dipolfeld zeigt) geht es in einen Übergang-Staat ein, der wirklich ein Dipolfeld hat, und der wie ein kleiner elektrischer Dipol handelt, und dieser Dipol an einer charakteristischen Frequenz schwingt. Als Antwort auf das elektrische Außenfeld an dieser Frequenz wird die Wahrscheinlichkeit des Atoms, das in diesen Übergang-Staat eingeht, außerordentlich vergrößert. So wird die Rate von Übergängen zwischen zwei stationären Staaten darüber hinaus wegen der spontanen Emission erhöht. Solch ein Übergang zum höheren Staat wird Absorption genannt, und es zerstört ein Ereignis-Foton (die Energie des Fotons tritt ins Antreiben der vergrößerten Energie des höheren Staates ein). Ein Übergang von höher zu einem niedrigeren Energiestaat erzeugt jedoch ein zusätzliches Foton; das ist der Prozess der stimulierten Emission.

Gewinnen Sie Medium und Höhle

Das Gewinn-Medium ist von einer Außenenergiequelle in einen aufgeregten Staat aufgeregt. In den meisten Lasern besteht dieses Medium aus der Bevölkerung von Atomen, die in solch einen Staat mittels einer leichten Außenquelle oder ein elektrisches Feld aufgeregt gewesen sind, das Energie für Atome liefert, um zu absorbieren und in ihre aufgeregten Staaten umgestaltet zu werden.

Das Gewinn-Medium eines Lasers ist normalerweise ein Material von kontrollierter Reinheit, Größe, Konzentration und Gestalt, die den Balken durch den Prozess der stimulierten Emission verstärkt, die oben beschrieben ist. Dieses Material kann jedes Staates sein: Benzin, flüssig, fest, oder Plasma. Das Gewinn-Medium absorbiert Pumpe-Energie, die einige Elektronen in ("aufgeregte") Quant-Staaten der höheren Energie erhebt. Partikeln können mit Licht entweder durch fesselnde oder durch ausstrahlende Fotonen aufeinander wirken. Emission kann unwillkürlich oder stimuliert sein. Im letzten Fall wird das Foton in derselben Richtung wie das Licht ausgestrahlt, das vorbeigeht. Wenn die Zahl von Partikeln in einem aufgeregtem Staat die Zahl von Partikeln in einem Staat der niedrigeren Energie überschreitet, wird Bevölkerungsinversion erreicht und der Betrag der stimulierten Emission wegen des Lichtes, das durchgeht, ist größer als der Betrag der Absorption. Folglich wird das Licht verstärkt. Allein macht das einen optischen Verstärker. Wenn ein optischer Verstärker innerhalb einer widerhallenden optischen Höhle gelegt wird, erhält man einen Laser.

In einigen Situationen ist es möglich, das Faulenzen mit nur einem einzelnen Pass der EM Radiation durch das Gewinn-Medium zu erhalten, und das erzeugt einen Laserbalken ohne jedes Bedürfnis nach einer widerhallenden oder reflektierenden Höhle (sieh zum Beispiel Stickstoff-Laser). So ist das Nachdenken in einer widerhallenden Höhle gewöhnlich für einen Laser erforderlich, aber ist nicht absolut notwendig.

Der optische Resonator wird manchmal eine "optische Höhle" genannt, aber das ist eine falsche Bezeichnung: Laser verwenden offene Resonatore im Vergleich mit der wörtlichen Höhle, die an Mikrowellenfrequenzen in einer Maser verwendet würde.

Der Resonator besteht normalerweise aus zwei Spiegeln, zwischen denen ein zusammenhängender Lichtstrahl in beiden Richtungen reist, zurück über sich nachdenkend, so dass ein durchschnittliches Foton das Gewinn-Medium wiederholt durchführen wird, bevor es von der Produktionsöffnung ausgestrahlt oder gegen die Beugung oder Absorption verloren wird.

Wenn der Gewinn (Erweiterung) im Medium größer ist als die Resonator-Verluste, dann kann sich die Macht des wiederzirkulierenden Lichtes exponential erheben. Aber jedes stimulierte Emissionsereignis gibt ein Atom von seinem aufgeregten Staat bis den Boden-Staat zurück, den Gewinn des Mediums reduzierend. Mit der zunehmenden Balken-Macht nimmt der Nettogewinn (Gewinn-Zeitverlust) zur Einheit ab, und, wie man sagt, wird das Gewinn-Medium gesättigt. In einem Laser der dauernden Welle (CW) erzeugt das Gleichgewicht der Pumpe-Macht gegen die Gewinn-Sättigung und Höhle-Verluste einen Gleichgewicht-Wert der Lasermacht innerhalb der Höhle; dieses Gleichgewicht bestimmt den Betriebspunkt des Lasers. Wenn die angewandte Pumpe-Macht zu klein ist, wird der Gewinn nie genügend sein, um die Resonator-Verluste zu überwinden, und Laserlicht wird nicht erzeugt. Die minimale Pumpe-Macht musste beginnen Laserhandlung wird die faulenzende Schwelle genannt. Das Gewinn-Medium wird irgendwelche Fotonen verstärken, die es unabhängig von der Richtung durchführen; aber nur die Fotonen in einer durch den Resonator unterstützten Raumweise werden mehr gehen als einmal durch das Medium und wesentliche Erweiterung erhalten.

Das Licht ausgestrahlt

Das durch die stimulierte Emission erzeugte Licht ist dem Eingangssignal in Bezug auf die Wellenlänge, Phase und Polarisation sehr ähnlich. Das gibt Laser zünden seine charakteristische Kohärenz an, und erlaubt ihm, die gleichförmige Polarisation und häufig monochromaticity gegründet durch das optische Höhle-Design aufrechtzuerhalten.

Dem Balken in der Höhle und dem Produktionsbalken des Lasers, wenn man im freien Raum (oder ein homogenous Medium) aber nicht Wellenleiter (als in einem Glasfaserleiter-Laser) reist, kann als ein Balken von Gaussian in den meisten Lasern näher gekommen werden; solche Balken stellen die minimale Abschweifung für ein gegebenes Diameter aus. Jedoch können einige hohe Macht-Laser Mehrweise sein, mit den Querweisen ist häufig dem Verwenden Hermite-Gaussian oder Laguerre-Gaussian-Funktionen näher gekommen. Es ist gezeigt worden, dass nicht stabile Laserresonatore (nicht verwendet in den meisten Lasern) gestaltete Balken von fractal erzeugen. In der Nähe vom Balken "Taille" (oder im Brennpunkt stehendes Gebiet) wird es hoch zusammenfallen gelassen: Die wavefronts sind planar, zur Richtung der Fortpflanzung ohne Balken-Abschweifung an diesem Punkt normal. Jedoch

wegen der Beugung, die nur wahr gut innerhalb der Reihe von Rayleigh bleiben kann. Der Balken einer einzelnen Querweise (gaussian Balken) Laser weicht schließlich in einem Winkel ab, der sich umgekehrt mit dem Balken-Diameter, wie erforderlich, durch die Beugungstheorie ändert. So würde sich der "Bleistift-Balken, der" direkt durch einen allgemeinen mit dem Heliumneonlaser erzeugt ist, zu einer Größe von vielleicht 500 Kilometern, wenn poliert, auf dem Mond (von der Entfernung der Erde) ausbreiten. Andererseits herrscht das Licht von einem Halbleiter-Laser normalerweise über den winzigen Kristall mit einer großen Abschweifung: bis zu 50 °. Jedoch sogar kann solch ein auseinander gehender Balken in einen ähnlich zusammenfallen gelassenen Balken mittels eines Linse-Systems umgestaltet werden, wie immer zum Beispiel in einem Laserzeigestock eingeschlossen wird, dessen Licht aus einer Laserdiode entsteht. Das ist wegen des Lichtes möglich, das von einer einzelnen Raumweise ist. Dieses einzigartige Eigentum der räumlichen, leichten Laserkohärenz, kann mit leichten Standardquellen nicht wiederholt werden (außer durch die Verschrottung des grössten Teiles des Lichtes), wie durch das Vergleichen des Balkens von einem Leuchtfeuer (Fackel) oder Scheinwerfer zu diesem fast jedes Lasers geschätzt werden kann.

Quant gegen klassische Emissionsprozesse

Der Mechanismus, Radiation in einem Laser zu erzeugen, verlässt sich auf die stimulierte Emission, wo Energie aus einem Übergang in einem Atom oder Molekül herausgezogen wird. Das ist ein Quant-Phänomen, das von Einstein entdeckt ist, der die Beziehung zwischen Ein Koeffizient abgeleitet hat, der spontane Emission und der B Koeffizient beschreibt, der für die Absorption und stimulierte Emission gilt. Jedoch im Fall vom freien Elektronlaser werden Atomenergie-Niveaus nicht beteiligt; es scheint, dass die Operation dieses ziemlich exotischen Geräts ohne Berücksichtigung der Quant-Mechanik erklärt werden kann.

Dauernd und hat Verfahrensweisen pulsiert

Ein Laser kann als das Funktionieren entweder in dauerndem klassifiziert werden oder hat Weise je nachdem pulsiert, ob die Macht-Produktion mit der Zeit im Wesentlichen dauernd ist, oder ob seine Produktion die Form von Pulsen des Lichtes auf eines oder einen anderen zeitlichen Rahmen annimmt. Natürlich sogar kann ein Laser, dessen Produktion normalerweise dauernd ist, absichtlich angemacht werden und von an einer Rate, um Pulse des Lichtes zu schaffen. Wenn die Modulationsrate auf zeitlichen Rahmen viel langsamer ist als die Höhle-Lebenszeit und der Zeitabschnitt, im Laufe dessen Energie im faulenzenden Medium oder pumpenden Mechanismus versorgt werden kann, dann wird es noch als ein "abgestimmter" klassifiziert oder hat dauernder Welle-Laser "pulsiert". Die meisten in Nachrichtensystemen verwendeten Laserdioden fallen in dieser Kategorie.

Dauernde Welle-Operation

Einige Anwendungen von Lasern hängen von einem Balken ab, dessen Produktionsmacht mit der Zeit unveränderlich ist. Solch ein Laser ist als dauernde Welle (CW) bekannt. Viele Typen von Lasern können gemacht werden, in der dauernden Welle-Weise zu funktionieren, um solch eine Anwendung zu befriedigen. Viele dieser Laser faulenzen wirklich in mehreren Längsweisen zur gleichen Zeit, und schlägt zwischen den ein bisschen verschiedenen optischen Frequenzen jener Schwingungen wird tatsächlich Umfang-Schwankungen auf zeitlichen Rahmen kürzer erzeugen als die Rückfahrzeit (das Gegenstück des Frequenzabstands zwischen Weisen), normalerweise ein paar Nanosekunden oder weniger. In den meisten Fällen werden diese Laser noch "dauernde Welle" genannt, weil ihre Produktionsmacht, wenn durchschnittlich, im Laufe irgendwelcher längeren Zeitabschnitte mit den sehr hohen Frequenzmacht-Schwankungen unveränderlich ist, die wenig oder keinen Einfluss in der beabsichtigten Anwendung haben. (Jedoch wird der Begriff auf Weise-geschlossene Laser nicht angewandt, wo die Absicht ist, sehr kurze Pulse im Verhältnis von der Rückfahrzeit zu schaffen).

Für die dauernde Welle-Operation ist es für die Bevölkerungsinversion des Gewinn-Mediums erforderlich, ständig von einer unveränderlichen Pumpe-Quelle wieder gefüllt zu werden. In einigen faulenzenden Medien ist das unmöglich. In einigen anderen Lasern würde es das Pumpen des Lasers an einem sehr hohen dauernden Macht-Niveau verlangen, das unpraktisch sein oder den Laser durch das Produzieren übermäßiger Hitze zerstören würde. Solche Laser können in der CW Weise nicht geführt werden.

Pulsierte Operation

Die pulsierte Operation von Lasern bezieht sich auf jeden als dauernde Welle nicht klassifizierten Laser, so dass die optische Macht in Pulsen von etwas Dauer an einer Wiederholungsrate erscheint. Das umfasst eine breite Reihe von Technologien, mehrere verschiedene Motivationen richtend. Einige Laser werden einfach pulsiert, weil sie in der dauernden Weise nicht geführt werden können.

In anderen Fällen verlangt die Anwendung die Produktion von Pulsen, die eine so große Energie haben wie möglich. Da die Pulsenergie der durchschnittlichen durch die Wiederholungsrate geteilten Macht gleich ist, kann diese Absicht manchmal durch das Senken der Rate von Pulsen zufrieden sein, so dass mehr Energie zwischen Pulsen aufgebaut werden kann. Im Laser ablation zum Beispiel kann ein kleines Volumen des Materials an der Oberfläche eines Arbeitsstückes verdampft werden, wenn es in einer sehr kurzen Zeit geheizt wird, wohingegen die Versorgung der Energie allmählich die Hitze berücksichtigen würde, die mit dem Hauptteil des Stückes zu vereinigen ist, nie eine genug hohe Temperatur an einem besonderen Punkt erreichend.

Andere Anwendungen verlassen sich auf die Maximalpulsmacht (aber nicht die Energie im Puls) besonders, um nichtlineare optische Effekten zu erhalten. Für eine gegebene Pulsenergie verlangt das Schaffen-Pulse der kürzestmöglichen Dauer-Verwenden-Techniken wie Q-Schaltung.

Die optische Bandbreite eines Pulses kann nicht schmaler sein als das Gegenstück der Pulsbreite. Im Fall von äußerst kurzen Pulsen, der bedeutet, über eine beträchtliche Bandbreite ganz gegen die sehr schmale für CW Laser typische Bandbreite zu faulenzen. Das faulenzende Medium in einigen Färbemittel-Lasern und vibronic Halbleiterlasern erzeugt optischen Gewinn über eine breite Bandbreite, einen Laser möglich machend, der so Pulse des Lichtes mindestens ein paar Femtosekunden (10 s) erzeugen kann.

Q-Schaltung

In einem Q-switched Laser wird der Bevölkerungsinversion erlaubt, sich durch das Einführen des Verlustes innerhalb des Resonators zu entwickeln, der den Gewinn des Mediums überschreitet; das kann auch als die Verminderung des Qualitätsfaktors oder 'Q' der Höhle beschrieben werden. Dann, nachdem sich die im Lasermedium versorgte Pumpe-Energie dem maximalen möglichen Niveau genähert hat, wird der eingeführte Verlust-Mechanismus (häufig ein electro- oder acousto-optisches Element) schnell entfernt (oder das kommt allein in einem passiven Gerät vor), erlaubend faulenzend zu beginnen, der schnell die versorgte Energie im Gewinn-Medium erhält. Das läuft auf einen kurzen Puls hinaus, der diese Energie, und so eine hohe Maximalmacht vereinigt.

Weise-Blockierung

Ein Weise-geschlossener Laser ist dazu fähig, äußerst kurze Pulse auf der Ordnung von Zehnen von picoseconds unten zu weniger als 10 Femtosekunden auszustrahlen. Diese Pulse werden sich in der Zeit der Hin- und Rückfahrt, d. h. der Zeit wiederholen, dass es Licht nimmt, um eine Hin- und Rückfahrt zwischen den Spiegeln zu vollenden, die den Resonator umfassen. Wegen der Grenze von Fourier (auch bekannt als energiemalige Unklarheit) hat ein Puls solcher kurzer zeitlicher Länge ein Spektrum über eine beträchtliche Bandbreite ausbreiten lassen. So muss solch ein Gewinn-Medium eine Gewinn-Bandbreite haben, die genug breit ist, um jene Frequenzen zu verstärken. Ein Beispiel eines passenden Materials, wird künstlich angebauter Saphir (Ti:sapphire) Titan-lackiert, der eine sehr breite Gewinn-Bandbreite hat und so Pulse Dauer von nur ein paar Femtosekunden erzeugen kann.

Solche Weise-geschlossenen Laser sind ein am meisten vielseitiges Werkzeug, um Prozesse zu erforschen, die auf Skalen der äußerst kurzen Zeit (bekannt als Femtosekunde-Physik, Femtosekunde-Chemie und ultraschnelle Wissenschaft) vorkommen, für die Wirkung der Nichtlinearität in optischen Materialien (z.B in der zweit-harmonischen Generation, parametrische parametrische optische unten Umwandlungsoszillatoren und ähnlich) wegen der großen Maximalmacht, und in ablation Anwendungen zu maximieren. Wieder, wegen der äußerst kurzen Pulsdauer, wird solch ein Laser Pulse erzeugen, die eine äußerst hohe Maximalmacht erreichen.

Das pulsierte Pumpen

Eine andere Methode zu erreichen hat pulsiert Laseroperation soll das Lasermaterial mit einer Quelle pumpen, die selbst pulsiert wird, entweder durch die elektronische Aufladung im Fall von Blitz-Lampen oder durch einen anderen Laser, der bereits pulsiert wird. Das pulsierte Pumpen wurde mit Färbemittel-Lasern historisch verwendet, wo die umgekehrte Bevölkerungslebenszeit eines Färbemittel-Moleküls so kurz war, dass eine hohe Energie, schnelle Pumpe erforderlich war. Die Weise, dieses Problem zu überwinden, war, große Kondensatoren zu beladen, die dann geschaltet werden, um sich durch flashlamps zu entladen, einen intensiven Blitz erzeugend. Das pulsierte Pumpen ist auch für dreistufige Laser erforderlich, in denen das niedrigere Energieniveau schnell das hoch bevölkerte Verhindern wird, das weiter faulenzt, bis sich jene Atome zum Boden-Staat entspannen. Diese Laser, wie der excimer Laser und der Kupferdampf-Laser, können in der CW Weise nie bedient werden.

Geschichte

Fundamente

1917 hat Albert Einstein die theoretischen Fundamente für den Laser und die Maser in der Zeitung Zur Quantentheorie der Strahlung (Auf der Quant-Theorie der Radiation) eingesetzt; über eine Wiederabstammung des Gesetzes von Max Planck der Radiation, die begrifflich auf Wahrscheinlichkeitskoeffizienten (Koeffizienten von Einstein) für die Absorption, spontane Emission und stimulierte Emission der elektromagnetischen Radiation gestützt ist; 1928 hat Rudolf W. Ladenburg die Existenzen der Phänomene der stimulierten Emission und negativen Absorption bestätigt; 1939 hat Valentin A. Fabrikant vorausgesagt, dass der Gebrauch der stimulierten Emission "kurze" Wellen verstärkt hat; 1947 haben Willis E. Lamb und R. C. Retherford offenbare stimulierte Emission in Wasserstoffspektren gefunden und haben die erste Demonstration der stimulierten Emission bewirkt; 1950 hat Alfred Kastler (Nobelpreis für die Physik 1966) die Methode des optischen Pumpens, experimentell bestätigt, zwei Jahre später, durch Brossel, Kastler, und Winter vorgeschlagen.

Maser

1953 haben Charles Hard Townes und Studenten im Aufbaustudium James P. Gordon und Herbert J. Zeiger den ersten Mikrowellenverstärker, ein Gerät erzeugt, das auf ähnlichen Grundsätzen zum Laser funktioniert, aber Mikrowellenradiation aber nicht infrarote oder sichtbare Radiation verstärkt. Die Maser von Townes war der dauernden Produktion unfähig. Inzwischen, in der Sowjetunion, arbeiteten Nikolay Basov und Aleksandr Prokhorov am Quant-Oszillator unabhängig und haben das Problem von Systemen der dauernden Produktion behoben, indem sie mehr als zwei Energieniveaus verwendet haben. Diese Gewinn-Medien konnten stimulierte Emissionen zwischen einem aufgeregten Staat und einem niedrigeren aufgeregten Staat, nicht dem Boden-Staat veröffentlichen, die Wartung einer Bevölkerungsinversion erleichternd. 1955 haben Prokhorov und Basov das optische Pumpen eines Mehrniveau-Systems als eine Methode vorgeschlagen, für die Bevölkerungsinversion, später eine Hauptmethode des Laserpumpens zu erhalten.

Townes berichtet, dass mehrere bedeutende Physiker — unter ihnen Niels Bohr, John von Neumann, Isidor Rabi, Polykarp Kusch und Llewellyn Thomas — haben die Maser diskutiert, den Unklarheitsgrundsatz von Heisenberg verletzt haben und folglich nicht work.http://books.google.com/books?id=VrbD41GGeJYC&pg=PA69&lpg=PA69&dq=%22niels+bohr%22+rabi+kusch+von+neumann+laser&source=web&ots=0_A7OuramT&sig=4R4yTmk6SmJTN8mZaiOMzgg-LO4 1964 Charles H. Townes, Nikolay Basov gekonnt hat, und Aleksandr Prokhorov den Nobelpreis in der Physik geteilt hat, "für die grundsätzliche Arbeit im Feld der Quant-Elektronik, die zum Aufbau von Oszillatoren und auf dem mit der Maserlasergrundsatz gestützten Verstärkern geführt hat".

Laser

1957 haben Charles Hard Townes und Arthur Leonard Schawlow, dann an Glockenlaboratorien, eine ernste Studie des Infrarotlasers begonnen. Da sich Ideen entwickelt haben, haben sie Infrarotradiation aufgegeben, um sich stattdessen auf das sichtbare Licht zu konzentrieren. Das Konzept wurde ursprünglich eine "optische Maser" genannt. 1958 haben Glockenlaboratorien eine offene Anwendung für ihre vorgeschlagene optische Maser abgelegt; und Schawlow und Townes haben ein Manuskript ihrer theoretischen Berechnungen zur Physischen Rezension, veröffentlicht in diesem Jahr im Band 112, Ausgabe Nr. 6 vorgelegt.

Gleichzeitig, an der Universität von Columbia, arbeitete Student im Aufbaustudium Gordon Gould an einer Doktorthese über die Energieniveaus des aufgeregten Thalliums. Als sich Gould und Townes getroffen haben, haben sie von der Strahlenemission als ein allgemeines Thema gesprochen; später, im November 1957, hat Gould seine Ideen für einen "Laser", einschließlich des Verwendens eines offenen Resonators (später ein wesentlicher Lasergerät-Bestandteil) bemerkt. Außerdem, 1958, hat Prokhorov unabhängig vorgehabt, einen offenen Resonator, das erste veröffentlichte Äußere (die UDSSR) dieser Idee zu verwenden. Anderswohin, in den Vereinigten Staaten, hatten Schawlow und Townes einem Laserdesign des offenen Resonators — anscheinend unbewusst der Veröffentlichungen von Prokhorov und der unveröffentlichten Laserarbeit von Gould zugestimmt.

Auf einer Konferenz 1959 hat Gordon Gould den Begriff LASER in der Zeitung Der LASER, die Leichte Erweiterung durch die Stimulierte Emission der Radiation veröffentlicht. Die Sprachabsicht von Gould verwendete die "-aser" Wortpartikel als eine Nachsilbe — um das Spektrum des durch das LASER-Gerät ausgestrahlten Lichtes genau anzuzeigen; so Röntgenstrahlen: xaser, ultraviolett: uvaser, und so weiter; niemand hat sich als ein getrennter Begriff eingerichtet, obwohl "raser" kurz populär war, um Radiofrequenzausstrahlen-Geräte anzuzeigen.

Die Zeichen von Gould haben mögliche Anwendungen für einen Laser, wie Spektrometrie, interferometry, Radar und Kernfusion eingeschlossen. Er hat fortgesetzt, die Idee zu entwickeln, und hat eine offene Anwendung im April 1959 abgelegt. Das amerikanische Patentamt hat seine Anwendung bestritten, und hat ein Patent Glockenlaboratorien 1960 zuerkannt. Das hat eine zwanzigachtjährige Rechtssache provoziert, wissenschaftliches Prestige und Geld als die Anteile zeigend. Gould hat sein erstes geringes Patent 1977 noch erst als 1987 gewonnen, dass er den ersten bedeutenden offenen Rechtssache-Sieg gewonnen hat, als ein Bundesrichter dem amerikanischen Patentamt befohlen hat, Patente Gould für optisch gepumpt und die Gasentladungslasergeräte auszugeben. Die Frage gerade, wie man Kredit zuteilt, für den Laser zu erfinden, bleibt ungelöst durch Historiker.

Am 16. Mai 1960 hat Theodore H. Maiman den ersten fungierenden Laser, an Forschungslabors von Hughes, Malibu, Kalifornien, vor mehreren Forschungsmannschaften, einschließlich derjenigen von Townes, an der Universität von Columbia, Arthur Schawlow, an Glockenlaboratorien und Gould, am TRG (Technical Research Group) Gesellschaft operiert. Der funktionelle Laser von Maiman hat einen rubinroten synthetischen geflashlamp-pumpten Halbleiterkristall verwendet, um rotes Laserlicht an 694-Nanometer-Wellenlänge zu erzeugen; jedoch war das Gerät nur zur pulsierten Operation wegen seines dreistufigen pumpenden Designschemas fähig. Später 1960 hat der iranische Physiker Ali Javan, und William R. Bennett, und Donald Herriott, den ersten Gaslaser, mit Helium und Neon gebaut, das zur dauernden Operation in infrarot (amerikanische Offene 3,149,290) fähig war; später hat Javan den Preis von Albert Einstein 1993 erhalten. Basov und Javan haben das Halbleiter-Laserdiode-Konzept vorgeschlagen. 1962, Robert N. Saal hat das erste Laserdiode-Gerät demonstriert, das aus Gallium arsenide gemacht ist, und hat an 850 nm das Nah-Infrarotband des Spektrums ausgestrahlt. Später, 1962, Nick Holonyak der Jüngere. demonstriert der erste Halbleiter-Laser mit einer sichtbaren Emission. Dieser erste Halbleiter-Laser konnte nur in der Operation des pulsierten Balkens, und wenn abgekühlt, zu flüssigen Stickstoff-Temperaturen (77 K) verwendet werden. 1970 haben Zhores Alferov, in der UDSSR, und Izuo Hayashi und Morton Panish von Glockentelefonlaboratorien auch unabhängig Raumtemperatur, Diode-Laser der dauernden Operation mit der heterojunction Struktur entwickelt.

Neue Neuerungen

Seit der frühen Periode der Lasergeschichte hat Laserforschung eine Vielfalt von verbesserten erzeugt und hat Lasertypen spezialisiert, die für verschiedene Leistungsabsichten optimiert sind, einschließlich:

• neue Wellenlänge-Bänder
• maximale durchschnittliche Produktionsmacht
• maximale Maximalpulsenergie
• maximale Maximalpulsmacht
• minimale Produktionspulsdauer
• maximale Macht-Leistungsfähigkeit
• Minimum hat gekostet

und diese Forschung geht bis jetzt weiter.

Das Faulenzen, ohne das in eine Bevölkerungsinversion aufgeregte Medium aufrechtzuerhalten, wurde 1992 in Natriumsbenzin und wieder 1995 in Rubidium-Benzin von verschiedenen internationalen Mannschaften entdeckt. Das wurde durch das Verwenden einer Außenmaser vollbracht, um "optische Durchsichtigkeit" im Medium durch das Einführen und zerstörend das Einmischen der Boden-Elektronübergänge zwischen zwei Pfaden zu veranlassen, so dass die Wahrscheinlichkeit für die Boden-Elektronen, um jede Energie zu absorbieren, annulliert worden ist.

Typen und Betriebsgrundsätze

:For eine mehr ganze Liste von Lasertypen sehen diese Liste von Lasertypen.

Gaslaser

Im Anschluss an die Erfindung des Gaslasers von HeNe, wie man gefunden hat, haben viele andere Gasentladungen Licht zusammenhängend verstärkt.

Gaslaser mit vielem verschiedenem Benzin sind gebaut und zu vielen Zwecken verwendet worden. Der mit dem Heliumneonlaser (HeNe) ist im Stande, an mehreren verschiedenen Wellenlängen zu funktionieren, jedoch wird die große Mehrheit konstruiert, um an 633 nm zu faulenzen; dieser sind relativ niedrige Kosten, aber hoch zusammenhängende Laser in der optischen Forschung und den Bildungslaboratorien äußerst üblich. Kommerzielles Kohlendioxyd (CO) Laser können viele hundert von Watt in einer einzelnen Raumweise ausstrahlen, die in einen winzigen Punkt konzentriert werden kann. Diese Emission ist in Thermalinfrarot an 10.6 µm; solche Laser werden regelmäßig in der Industrie verwendet, um zu schneiden und sich schweißen zu lassen. Die Leistungsfähigkeit eines CO Lasers ist ungewöhnlich hoch: mehr als 10 %. Laser des Argon-Ions können bei mehreren faulenzenden Übergängen zwischen 351 und 528.7 nm funktionieren. Je nachdem das optische Design ein oder mehr von diesen Übergängen gleichzeitig faulenzen kann; die meistens verwendeten Linien sind 458 nm, 488 nm und 514.5 nm. Die elektrische Querentladung eines Stickstoffs in Benzin am atmosphärischen Druck (TEE) Laser ist ein billiger Gaslaser, der häufig von Hobbyisten hausgebaut ist, der ziemlich zusammenhangloses UV Licht an 337.1 nm erzeugt. Metallion-Laser sind Gaslaser, die tief ultraviolette Wellenlängen erzeugen. Helium-Silber (HeAg) 224 nm und Neonkupfer (NeCu) 248 nm ist zwei Beispiele. Wie alle Unterdruckgaslaser haben die Gewinn-Medien dieser Laser ziemlich schmale Schwingung linewidths, weniger als 3 GHz (0.5 picometers), sie machend, Kandidaten für den Gebrauch in der Fluoreszenz haben Spektroskopie von Raman unterdrückt.

Chemische Laser

Chemische Laser werden durch eine chemische Reaktion angetrieben, die einen großen Betrag der Energie erlaubt, schnell veröffentlicht zu werden. Solche sehr hohen Macht-Laser sind zum Militär, jedoch dauernde Welle chemische Laser an sehr hohen Macht-Niveaus besonders von Interesse, die durch Ströme von gasses gefüttert sind, sind entwickelt worden und haben einige Industrieanwendungen. Als Beispiele im Wasserstofffluorid-Laser (2700-2900 nm) und dem Fluorid-Laser des Schweren Wasserstoffs (3800 nm) ist die Reaktion die Kombination von Benzin des Wasserstoffs oder schweren Wasserstoffs mit Verbrennungsprodukten von Äthylen im Stickstoff trifluoride.

Laser von Excimer

Laser von Excimer sind eine spezielle Sorte des Gaslasers, der durch eine elektrische Entladung angetrieben ist, in der das faulenzende Medium ein excimer, oder genauer ein exciplex in vorhandenen Designs ist. Das sind Moleküle, die nur mit einem Atom in einem aufgeregten elektronischen Staat bestehen können. Sobald das Molekül seine Erregungsenergie einem Foton deshalb überträgt, werden seine Atome zu einander nicht mehr gebunden, und das Molekül löst sich auf. Das reduziert drastisch die Bevölkerung des niedrigeren Energiestaates so außerordentlich Erleichterung einer Bevölkerungsinversion. Excimers hat zurzeit verwendet sind alle; edle gasses sind chemisch träge und können nur Zusammensetzungen während in einem aufgeregten Staat bilden. Laser von Excimer funktionieren normalerweise an ultravioletten Wellenlängen mit größerem applicatons einschließlich der Halbleiter-Fotolithographie und LASIK Augenchirurgie. Allgemein verwendete excimer Moleküle schließen ArF (Emission an 193 nm), KrCl (222 nm), KrF (248 nm), XeCl (308 nm), und XeF (351 nm) ein.

Der molekulare Fluor-Laser, an 157 nm im ultravioletten Vakuum ausstrahlend, wird manchmal einen excimer Laser genannt, jedoch scheint das, eine falsche Bezeichnung zu sein, weil F eine stabile Zusammensetzung ist.

Halbleiterlaser

Halbleiterlaser verwenden eine kristallene oder Glasstange, die mit Ionen "lackiert" wird, die die erforderlichen Energiestaaten zur Verfügung stellen. Zum Beispiel war der erste Arbeitslaser ein rubinroter Laser, der vom Rubin (Chrom-lackierter Korund) gemacht ist. Die Bevölkerungsinversion wird wirklich im "dopant", wie Chrom oder Neodym aufrechterhalten.

Diese Materialien werden optisch mit einer kürzeren Wellenlänge gepumpt als die faulenzende Wellenlänge häufig von einem flashtube oder von einem anderen Laser.

Es sollte bemerkt werden, dass sich "Halbleiter-" in diesem Sinn auf einen Kristall oder Glas bezieht, aber dieser Gebrauch ist von der Benennung der "Halbleiterelektronik" im Verweisen zu Halbleitern verschieden. Halbleiter-Laser (Laserdioden) werden elektrisch gepumpt und werden so als Halbleiterlaser nicht gekennzeichnet.

Die Klasse von Halbleiterlasern würde jedoch Faser-Laser richtig einschließen, in denen dopants im Glas unter dem optischen Pumpen faulenzen. Aber in der Praxis werden diese einfach "Faser-Laser" mit dem für Laser vorbestellten "Halbleiter-" mit einer festen Stange solch eines Materials genannt.

Neodym ist ein allgemeiner "dopant" in verschiedenen Halbleiterlaserkristallen, einschließlich Yttriums orthovanadate (Nd:YVO), Yttrium-Lithiumfluorid und Yttrium-Aluminiumgranat . Alle diese Laser können hohe Mächte im Infrarotspektrum an 1064 nm erzeugen. Sie werden für den Ausschnitt, das Schweißen und die Markierung von Metallen und anderen Materialien, und auch in der Spektroskopie verwendet und um Färbemittel-Laser zu pumpen.

Diese Laser sind auch allgemein Frequenz verdoppelt, verdreifacht oder vierfach, im gepumpten festen Zustand der so genannten "Diode" oder DPSS Lasern. Unter der zweiten, dritten oder vierten harmonischen Generation erzeugen diese 532 nm (grün, sichtbar), 355 nm und 266 nm (UV) Balken. Das ist die Technologie hinter den hellen Laserzeigestöcken besonders am Grün (532 nm) und andere kurze sichtbare Wellenlängen.

Ytterbium, Holmium, Thulium und Erbium sind anderer allgemeiner "dopants" in Halbleiterlasern. Ytterbium wird in Kristallen wie Yb:YAG, Yb:KGW, Yb:KYW, Yb:SYS, Yb:BOYS, Yb:CaF2, normalerweise Betriebs-ungefähr 1020-1050 nm verwendet. Sie sind potenziell sehr effizient, und hoch ist wegen eines kleinen Quant-Defekts gerast. Äußerst hohe Mächte in Ultrakurzpulsen können mit Yb:YAG erreicht werden. Holmium-lackierte YAG Kristalle strahlen an 2097 nm aus und bilden ein effizientes Laserfunktionieren an von wassertragenden Geweben stark gefesselten Infrarotwellenlängen. Der Ho-YAG wird gewöhnlich in einer pulsierten Weise und durchgeführtem Glasfaserleiter chirurgische Geräte bedient, um Gelenke wiederzuerscheinen, Fäule von Zähnen zu entfernen, Krebse zu verdunsten, und Niere und Galle-Steine zu pulverisieren.

Titan-lackierter Saphir (Ti:sapphire) erzeugt einen hoch stimmbaren Infrarotlaser, der allgemein für die Spektroskopie verwendet ist. Es ist auch für den Gebrauch als Weise-geschlossene erzeugende Laserultrakurzpulse der äußerst hohen Maximalmacht bemerkenswert.

Thermalbeschränkungen in Halbleiterlasern entstehen aus der unbekehrten Pumpe-Macht, die sich als Hitze äußert. Diese Hitze, wenn verbunden, mit einem hohen Thermosehkoeffizienten (dn/dT) kann thermischen lensing sowie reduzierte Quant-Leistungsfähigkeit verursachen. Diese Typen von Problemen können durch einen anderen Roman Diode-gepumpter Halbleiterlaser, der Diode-gepumpte dünne Plattenlaser überwunden werden. Die Thermalbeschränkungen in diesem Lasertyp werden durch das Verwenden einer mittleren Lasergeometrie gelindert, in der die Dicke viel kleiner ist als das Diameter des Pumpe-Balkens. Das berücksichtigt einen gleicheren Thermalanstieg im Material. Wie man gezeigt hat, haben dünne Plattenlaser bis zu Kilowatt-Niveaus der Macht erzeugt.

Faser-Laser

Halbleiterlaser oder Laserverstärker, wohin das Licht wegen des inneren Gesamtnachdenkens in einem einzelnen Weise-Glasfaserleiter geführt wird, werden stattdessen Faser-Laser genannt. Das Führen des Lichtes erlaubt äußerst lange Gewinn-Gebiete, die gute kühl werdende Bedingungen zur Verfügung stellen; Fasern haben hohe Fläche zum Volumen-Verhältnis, das das effiziente Abkühlen erlaubt. Außerdem neigen die waveguiding Eigenschaften der Faser dazu, Thermalverzerrung des Balkens zu reduzieren. Erbium und Ytterbium-Ionen sind allgemeine aktive Arten in solchen Lasern.

Ganz häufig wird der Faser-Laser als eine doppelt-gekleidete Faser entworfen. Dieser Typ der Faser besteht aus einem Faser-Kern, einer inneren Verkleidung und einer Außenverkleidung. Der Index der drei konzentrischen Schichten wird gewählt, so dass der Faser-Kern als eine Faser der einzelnen Weise für die Laseremission handelt, während die Außenverkleidung als hoch Mehrweise-Kern für den Pumpe-Laser handelt. Das lässt die Pumpe einen großen Betrag der Macht in und durch das aktive innere Kerngebiet fortpflanzen, während es noch eine hohe numerische Öffnung (NA) hat, um leichte losfahrende Bedingungen zu haben.

Pumpe-Licht kann effizienter durch das Schaffen eines Faser-Plattenlasers oder eines Stapels solcher Laser verwendet werden.

Faser-Laser haben eine grundsätzliche Grenze darin die Intensität des Lichtes in der Faser kann nicht so hoch sein, dass optische durch die lokale elektrische Feldkraft veranlasste Nichtlinearitäten dominierend werden und Laseroperation verhindern und/oder zur materiellen Zerstörung der Faser führen können. Diese Wirkung wird genannt dunkel photowerdend. In Hauptteil-Lasermaterialien ist das Abkühlen nicht so effizient, und es ist schwierig, die Effekten der Photoverdunklung von den Thermaleffekten zu trennen, aber die Experimente in Fasern zeigen, dass die Photoverdunklung der Bildung von lange lebenden Farbenzentren zugeschrieben werden kann.

Kristalllaser von Photonic

Kristalllaser von Photonic sind Laser, die auf Nano-Strukturen gestützt sind, die die Weise-Beschränkung und die Dichte von optischen Staaten (DOS) für das Feed-Back erforderliche Struktur zur Verfügung stellen stattzufinden. Sie sind mikrometer-groß und stimmbar auf den Bändern von photonic Kristallen typisch.

Halbleiter-Laser

Halbleiter-Laser sind Dioden, die elektrisch gepumpt werden. Die Wiederkombination von Elektronen und durch den angewandten Strom geschaffenen Löchern führt optischen Gewinn ein. Das Nachdenken von den Enden des Kristalls bildet einen optischen Resonator, obwohl der Resonator zum Halbleiter in einigen Designs äußerlich sein kann.

Kommerzielle Laserdioden strahlen an Wellenlängen von 375 nm bis 3500 nm aus. Niedrig zum mittleren Macht-Laser werden Dioden in Laserdruckern und Spielern der CD/DVD verwendet. Laserdioden werden auch oft verwendet, um andere Laser mit der hohen Leistungsfähigkeit optisch zu pumpen. Die höchste Macht Industrielaserdioden, mit der Macht bis zu 10 Kilowatt (70dBm), wird in der Industrie verwendet, um zu schneiden und sich schweißen zu lassen. Außenhöhle-Halbleiter-Laser haben einen Halbleiter aktives Medium in einer größeren Höhle. Diese Geräte können hohe Macht-Produktionen mit der guten Balken-Qualität, der mit der Wellenlänge stimmbaren schmalen-linewidth Radiation oder den Ultrakurzlaserpulsen erzeugen.

Vertikale Höhle-Oberflächenausstrahlen-Laser (VCSELs) sind Halbleiter-Laser, deren Emissionsrichtung auf der Oberfläche der Oblate rechtwinklig ist. VCSEL Geräte haben normalerweise einen kreisförmigeren Produktionsbalken als herkömmliche Laserdioden, und konnten potenziell viel preiswerter sein, um zu verfertigen. Bezüglich 2005 sind nur 850 nm VCSELs, mit 1300 nm VCSELs weit verfügbar beginnend, und 1550 nm Geräte ein Gebiet der Forschung kommerzialisiert zu werden. VECSELs sind Außenhöhle VCSELs. Quant-Kaskadelaser sind Halbleiter-Laser, die einen aktiven Übergang zwischen Energiesubbändern eines Elektrons in einer Struktur haben, die mehrere Quant-Bohrlöcher enthält.

Die Entwicklung eines Silikonlasers ist im Feld der optischen Computerwissenschaft wichtig. Silikon ist das Material der Wahl für einheitliche Stromkreise, und so elektronisch, und Silikon photonic Bestandteile (wie optische Verbindungen) konnte auf demselben Span fabriziert werden. Leider ist Silikon ein schwieriges faulenzendes Material, um sich zu befassen, da es bestimmte Eigenschaften hat, die das Faulenzen blockieren. Jedoch kürzlich haben Mannschaften Silikonlaser durch Methoden wie das Fabrizieren des faulenzenden Materials von Silikon und der anderen Halbleiter-Materialien, wie Indium (III) Phosphid oder Gallium (III) arsenide, Materialien erzeugt, die zusammenhängendem Licht erlauben, von Silikon erzeugt zu werden. Diese werden hybriden Silikonlaser genannt. Ein anderer Typ ist ein Laser von Raman, der Raman ausnutzt, der sich zerstreut, um einen Laser von Materialien wie Silikon zu erzeugen.

Färbemittel-Laser

Färbemittel-Laser verwenden ein organisches Färbemittel als das Gewinn-Medium. Das breite Gewinn-Spektrum von verfügbaren Färbemitteln oder Mischungen von Färbemitteln, erlaubt diesen Lasern, hoch stimmbar zu sein, oder sehr Pulse der kurzen Dauer (auf der Ordnung von ein paar Femtosekunden) zu erzeugen. Obwohl diese stimmbaren Laser in ihrer flüssigen Form hauptsächlich bekannt sind, haben Forscher auch schmale-linewidth stimmbare Emission in dispersive Oszillator-Konfigurationen demonstriert, die Halbleiterfärbemittel-Gewinn-Medien vereinigen. In ihrer am meisten vorherrschenden Form verwenden diese Färbemittel-Laser des festen Zustands Färbemittel-lackierte Polymer als Lasermedien.

Freie Elektronlaser

Freie Elektronlaser oder FELs, erzeugen zusammenhängende, hohe Macht-Radiation, die weit stimmbar ist, zurzeit sich in der Wellenlänge von Mikrowellen, durch die terahertz Radiation und infrarot zum sichtbaren Spektrum zu weichen Röntgenstrahlen erstreckend. Sie haben die breiteste Frequenzreihe jedes Lasertyps. Während FEL Balken dieselben optischen Charakterzüge wie andere Laser wie zusammenhängende Radiation teilen, ist FEL Operation ziemlich verschieden. Verschieden von Benzin, Flüssigkeit, oder Halbleiterlasern, die sich auf bestimmte atomare oder molekulare Staaten verlassen, verwenden FELs einen relativistischen Elektronbalken als das faulenzende Medium, folglich der Begriff freies Elektron.

Lebenslaser

Lebende Zellen können genetisch konstruiert werden, um Grünes Leuchtstoffprotein (GFP) zu erzeugen. Der GFP wird als das "Gewinn-Medium des Lasers" verwendet, wo leichte Erweiterung stattfindet. Die Zellen werden dann zwischen zwei winzigen Spiegeln, gerade 20 Millionstel eines Meters darüber gelegt, der als die "Laserhöhle" gehandelt hat, in der Licht oft durch die Zelle springen konnte. Nach dem Baden der Zelle mit dem blauen Licht, wie man sehen konnte, hat es geleitetes und intensives grünes Laserlicht ausgestrahlt.

Exotische Lasermedien

Im September 2007 haben die BBC-Nachrichten berichtet, dass es Spekulation über die Möglichkeit gab, positronium Vernichtung zu verwenden, um einen sehr starken Gammastrahl-Laser zu steuern. Dr David Cassidy von der Universität Kaliforniens, Flussufer hat vorgeschlagen, dass eine Single solcher Laser verwendet werden konnte, um eine Kernfusionsreaktion zu entzünden, die Banken von Hunderten von in Trägheitsbeschränkungsfusionsexperimenten zurzeit verwendeten Lasern ersetzend.

Im Weltraum vorhandene durch eine Kernexplosion gepumpte Röntgenstrahl-Laser sind auch als Antiraketenwaffen vorgeschlagen worden. Solche Geräte würden Ein-Schuss-Waffen sein.

Gebrauch

Als Laser 1960 erfunden wurden, wurden sie "eine Lösung genannt, nach einem Problem suchend". Seitdem sind sie allgegenwärtig geworden, Dienstprogramm in Tausenden von hoch verschiedenen Anwendungen in jeder Abteilung der modernen Gesellschaft, einschließlich der Verbraucherelektronik, Informationstechnologie, Wissenschaft, Medizin, Industrie, Strafverfolgung, Unterhaltung und des Militärs findend.

Der erste Gebrauch von Lasern in den täglichen Leben der allgemeinen Bevölkerung war der Supermarkt-Strichcode-Scanner, eingeführt 1974. Der laserdisc Spieler, vorgestellt 1978, war das erste erfolgreiche Verbraucherprodukt, um einen Laser einzuschließen, aber der CD-Spieler war das erste laserausgestattete Gerät, um üblich zu werden, 1982 gefolgt kurz von Laserdruckern beginnend.

Ein anderer Gebrauch ist:

• Medizin: Blutlose Chirurgie, Laserheilung, chirurgischer Eingriff, Nierenstein-Behandlung, Augenbehandlung, Zahnheilkunde
• Industrie: Ausschnitt, Schweißen, materielle Wärmebehandlung, Teile kennzeichnend, setzt sich mit Maß von Teilen in Verbindung nicht
• Militär: Ziele, führende Munition, Raketenverteidigung, electro-optische Gegenmaßnahmen (EOCM), Alternative zum Radar kennzeichnend, Truppen blendend.
• Strafverfolgung: verwendet für die latente Fingerabdruck-Entdeckung im forensischen Erkennungsfeld
• Forschung: Spektroskopie, Laser ablation, das Laserausglühen, Laserzerstreuen, Laser interferometry, LIDAR, gewinnt Laser Mikrosezieren, Fluoreszenz-Mikroskopie
• Produktentwicklung / kommerziell: Laserdrucker, optische Scheiben (z.B CDs und ähnlich), Strichcode-Scanner, Thermometer, Laserzeigestöcke, Hologramme, bubblegrams.
• Sich entzündende Laseranzeigen: Laserlicht zeigt
• Kosmetische Hautbehandlungen: Akne-Behandlung, Cellulitis und die striae Verminderung und Haareliminierung.

2004, Diode-Laser ausschließend, wurden etwa 131,000 Laser mit einem Wert von US$ 2.19 Milliarden verkauft. In demselben Jahr wurden etwa 733 Millionen Diode-Laser, die auf $ 3.20 Milliarden geschätzt sind, verkauft.

Beispiele durch die Macht

Verschiedene Anwendungen brauchen Laser mit verschiedenen Produktionsmächten. Laser, die einen dauernden Balken oder eine Reihe von kurzen Pulsen erzeugen, können auf der Grundlage von ihrer durchschnittlichen Macht verglichen werden. Laser, die Pulse erzeugen, können auch gestützt auf der Maximalmacht jedes Pulses charakterisiert werden. Die Maximalmacht eines pulsierten Lasers ist viele Größenordnungen, die größer sind als seine durchschnittliche Macht. Die durchschnittliche Produktionsmacht ist immer weniger als die verbrauchte Macht.

Beispiele von pulsierten Systemen mit der hohen Maximalmacht:

• 700 TW (700×10 W) - Nationale Zünden-Möglichkeit, ein 192-Balken-, 1.8-Megajoule-Lasersystem, das an einen 10-Meter-Diameterzielraum angrenzt.
• 1.3 PW (1.3×10 W) - stärkster Laser in der Welt bezüglich 1998, der am Laboratorium von Lawrence Livermore gelegen ist

Hobby-Gebrauch

In den letzten Jahren haben einige Hobbyisten Interessen an Lasern genommen. Von Hobbyisten verwendete Laser sind allgemein der Klasse IIIa oder IIIb, obwohl einige ihre eigenen Typen der Klasse IV gemacht haben. Jedoch, im Vergleich zu anderen Hobbyisten, sind Laserhobbyisten, wegen der Kosten und potenziellen beteiligten Gefahren viel weniger üblich. Wegen der Kosten von Lasern verwenden einige Hobbyisten billig bedeutet, Laser, wie das Retten von Laserdioden von gebrochenen DVD-Spielern (rot), Blu-Strahl-Spieler (violette) oder noch höhere Macht-Laserdioden von der CD oder den DVD-Brennern zu erhalten.

Hobbyisten haben auch pulsierte Laser des Überschusses aus pensionierten militärischen Anwendungen und dem Ändern von ihnen für die pulsierte Holographie genommen. Pulsierter Rubin und hat pulsiert YAG Laser sind verwendet worden.

Sicherheit

Sogar der erste Laser wurde anerkannt als, potenziell gefährlich zu sein. Theodore Maiman hat den ersten Laser charakterisiert als, eine Macht eines "Gillettes" zu haben, weil es durch eine Rasierklinge von Gillette brennen konnte. Heute wird es akzeptiert, dass sogar Laser der niedrigen Macht mit nur einigen milliwatts der Produktionsmacht für die menschliche Sehkraft gefährlich sein können, wenn der Balken von solch einem Laser das Auge direkt oder nach dem Nachdenken von einer glänzenden Oberfläche schlägt. An Wellenlängen, die die Hornhaut und die Linse einstellen können so, bedeuten die Kohärenz und niedrige Abschweifung des Laserlichtes, dass es durch das Auge in einen äußerst kleinen Punkt auf der Netzhaut eingestellt werden kann, auf das lokalisierte Brennen und den Dauerschaden in Sekunden oder noch weniger Zeit hinauslaufend.

Laser werden gewöhnlich mit einem Sicherheitsklassifikationsindex etikettiert, der sich identifiziert, wie gefährlich der Laser ist:

• Klasse I/1 ist gewöhnlich von Natur aus sicher, weil das Licht in einer Einschließung zum Beispiel in CD-Spielern enthalten wird.
• Klasse II/2 ist während des normalen Gebrauches sicher; der Blinzeln-Reflex des Auges wird Schaden verhindern. Gewöhnlich bis zu 1 mW Macht, zum Beispiel Laserzeigestöcke.
• Laser der Klasse IIIa/3R sind gewöhnlich bis zu 5 mW und schließen eine kleine Gefahr des Augenschadens innerhalb der Zeit des Blinzeln-Reflexes ein. Das Starren in solch einen Balken seit mehreren Sekunden wird wahrscheinlich einem Punkt auf der Netzhaut Schaden verursachen.
• Klasse IIIb/3B kann unmittelbaren Augenschaden nach der Aussetzung verursachen.
• Laser der Klasse IV/4 können Haut, und in einigen Fällen verbrennen, sogar gestreutes Licht kann Augen- und/oder Hautschaden verursachen. Viele industrielle und wissenschaftliche Laser sind in dieser Klasse.

Die angezeigten Mächte sind für das sichtbare Licht, Dauerstrich-Laser. Für pulsierte Laser und unsichtbare Wellenlängen gelten andere Macht-Grenzen. Leute, die mit der Klasse 3B und den Lasern der Klasse 4 arbeiten, können ihre Augen mit der Sicherheitsschutzbrille schützen, die entworfen wird, um Licht einer besonderen Wellenlänge zu absorbieren.

Bestimmte Infrarotlaser mit Wellenlängen außer ungefähr 1.4 Mikrometern werden genannt häufig "augensicher" zu sein. Das ist, weil die inneren Molekülschwingungen von Wassermolekülen sehr stark Licht in diesem Teil des Spektrums absorbieren, und so ein Laserbalken an diesen Wellenlängen so völlig verdünnt wird, wie es die Hornhaut des Auges durchführt, dass kein Licht durch die Linse auf die Netzhaut eingestellt werden muss. Das "augensichere" Etikett kann jedoch irreführend sein, weil es nur auf die relativ niedrige Macht dauernde Welle-Balken anwendet; jede hohe Macht oder Q-switched Laser an diesen Wellenlängen können die Hornhaut verbrennen, strengen Augenschaden verursachend.

Als Waffen

Laserbalken werden als Waffensysteme in der Sciencefiction berühmt verwendet, aber wirkliche Laserwaffen sind noch in der experimentellen Bühne. Die allgemeine Idee von der Laserstrahlbewaffnung ist, ein Ziel mit einem Zug von kurzen Pulsen des Lichtes zu treffen. Die schnelle Eindampfung und Vergrößerung der Oberfläche verursachen shockwaves, die das Ziel beschädigen. Die Macht musste planen, dass ein Hochleistungslaserbalken dieser Art ist

außer der Grenze der aktuellen beweglichen Macht-Technologie, die so chemisch angetriebene dynamische Gaslaser bevorzugt.

Laser von allen außer den niedrigsten Mächten können potenziell verwendet werden als, Waffen durch ihre Fähigkeit untauglich zu machen, vorläufigen oder dauerhaften Visionsverlust in unterschiedlichen Graden, wenn gerichtet, auf die Augen zu erzeugen. Der Grad, der Charakter und die Dauer der Visionsschwächung verursacht nach Augenmaß Aussetzung vom Laserlicht ändern sich mit der Macht des Lasers, der Wellenlänge (N), des collimation des Balkens, der genauen Orientierung des Balkens und der Dauer der Aussetzung. Laser sogar eines Bruchteils eines Watts in der Macht können unmittelbaren, dauerhaften Visionsverlust unter bestimmten Bedingungen erzeugen, solches Laserpotenzial nichttödliche, aber untauglich machende Waffen machend. Das äußerste Handikap, das laserveranlasste Blindheit vertritt, macht den Gebrauch von Lasern, gerade als nichttödliche Waffen moralisch umstritten, und Waffen, die entworfen sind, um Blindheit zu verursachen, durch das Protokoll beim Blenden von Laserwaffen verboten worden sind. Die Vereinigten Staaten. Luftwaffe arbeitet zurzeit am Boeing YAL-1 Bordlaser, der in einem Boeing 747 bestiegen ist, um feindliche ballistische Raketen über das feindliche Territorium niederzuschießen.

Im Feld der Luftfahrt sind die Gefahren der Aussetzung von Boden-basierten auf Piloten absichtlich gerichteten Lasern im Ausmaß gewachsen, dass Flugbehörden spezielle Verfahren haben, um sich mit solchen Gefahren zu befassen.

Am 18. März 2009 hat Northrop Grumman behauptet, dass seine Ingenieure im Redondo Strand erfolgreich gebaut und einen elektrisch angetriebenen Laser des festen Zustands geprüft hatten, der dazu fähig ist, einen 100-Kilowatt-Balken zu erzeugen, stark genug, um ein Flugzeug zu zerstören. Gemäß Brian Strickland, Betriebsleiter für das Gemeinsame Hohe Macht-Laserprogramm des Festen Zustands der USA-Armee, ist ein elektrisch angetriebener Laser fähiger

in einem Flugzeug, Schiff oder anderem Fahrzeug bestiegen zu werden, weil man viel weniger Raum für seine Unterstützen-Ausrüstung verlangt als ein chemischer Laser. Jedoch bleibt die Quelle solch einer großen elektrischen Leistung in einer beweglichen Anwendung unklar.

Erfundene Vorhersagen

Mehrere Romanschriftsteller haben Geräte beschrieben, die Lasern vor der Entdeckung der stimulierten Emission ähnlich sind:

• Ein laserähnliches Gerät wurde im Sciencefictionsroman von Alexey Tolstoy Der Hyperboloid des Ingenieurs Garin 1927 beschrieben.
• Michail Bulgakov hat die biologische Wirkung (Laserlebensanregung) vom intensiven roten Licht in seinem Sciencefictionsroman Tödliche Eier (1925), ohne jede angemessene Beschreibung der Quelle dieses roten Lichtes übertrieben. (In diesem Roman erscheint der rote Licht zuerst gelegentlich vom Leuchtsystem eines fortgeschrittenen Mikroskops; dann ordnet die Hauptfigur Prof. Persikov die spezielle Einstellung für die Generation des roten Lichtes ein.)

Siehe auch

• Balken von Bessel
• Zusammenhängender vollkommener Absorber
• dazzler (Waffe)
• Optische Frei-Raumkommunikation
• Das homogene Erweitern
• Veranlasste Gammaemission
• Einspritzung seeder
• Internationale Laseranzeigevereinigung
• Laserbeschleunigungsmesser
• Laser und Flugsicherheit
• Laserbalken profiler
• Laser, verpfändend
• Laser, der sich umwandelt
• Laser, der kühl wird
• Laser, der eingraviert
• Lasermedizin
• Laserskalpell
• 3D-Scanner
• Laserplattenteller
• Laserbalken, der sich schweißen lässt
• Liste von Laserartikeln
• Liste von leichten Quellen
• Quecksilberlaser
• Nanolaser
• Bezugsbalken
• Zahl von Rytov
• Gesunde Erweiterung durch die stimulierte Emission der Radiation SASER
• Auswählender Laser sintering
• Spaser
• Fleck-Muster
• Balken von Tophat

ZeichenWeiterführende Literatur

:Books

• Bertolotti, Mario (1999, trans. 2004). Die Geschichte des Lasers, das Institut für die Physik. Internationale Standardbuchnummer 0-7503-0911-3
• Csele, Zeichen (2004). Grundlagen von Leichten Quellen und Lasern, Wiley. Internationale Standardbuchnummer 0-471-47660-9
• Koechner, Walter (1992). Halbleiterlasertechnik, 3. Hrsg., Springer-Verlag. Internationale Standardbuchnummer 0-387-53756-2
• Siegman, Anthony E. (1986). Laser, Universitätswissenschaftsbücher. Internationale Standardbuchnummer 0-935702-11-3
• Silfvast, William T. (1996). Lasergrundlagen, Universität von Cambridge Presse. Internationale Standardbuchnummer 0-521-55617-1
• Svelto, Orazio (1998). Grundsätze von Lasern, 4. Hrsg. (trans. David Hanna), Springer. Internationale Standardbuchnummer 0-306-45748-2
• Wilson, J. & Hawkes, J.F.B. (1987). Laser: Grundsätze und Anwendungen, Prentice Hall International Series in Optoelectronics, Prentice Hall. Internationale Standardbuchnummer 0-13-523697-5
• Yariv, Amnon (1989). Quantum Electronics, 3. Hrsg., Wiley. Internationale Standardbuchnummer 0-471-60997-8
• Bromberg, Joan Lisa (1991). Der Laser in Amerika, 1950-1970, die MIT Presse. Internationale Standardbuchnummer 978-0-262-02318-4

:Periodicals

• IEEE Zeitschrift der Lightwave Technologie
• IEEE Zeitschrift der Quant-Elektronik
• IEEE Zeitschrift von ausgewählten Themen in der Quant-Elektronik
• IEEE Photonics Technologiebriefe
• Laserfokus-Welt
• Optik-Briefe
• Photonics Spektren

Links

• Enzyklopädie der Laserphysik und Technologie durch Dr Rüdiger Paschotta
• Ein praktisches Handbuch zu Lasern für Experimentatoren und Hobbyisten durch Samuel M. Goldwasser
• Homebuilt Laserseite durch Professor Mark Csele
• Starker Laser ist 'hellstes Licht im Weltall' - Der stärkste Laser in der Welt bezüglich 2008 könnte einer Supernova ähnliche Stoß-Wellen und vielleicht sogar Antimaterie (Neuer Wissenschaftler, am 9. April 2008) schaffen
• Selbst gemachtes Laserprojekt durch das Schläfchen Kedersha
• "Der Laser: Kernprinzipien" ein Online-Kurs durch Prof. F. Balembois und Dr S. Forget. Instrumentierung für die Optik, 2008
• Die Presseinformation von Northrop Grumman auf Firestrike taktisches 15-Kilowatt-Laserprodukt.
• Website auf Lasern 50. Jahrestag durch APS, OSA, SPIE
• Das Vorrücken der Laserjahrestag-Seite durch SPIE: Videointerviews, Sachen des offenen Zugangs, Poster, DVDs
• Helle Idee: Die ersten Laser
• Kostenlose Software für die Simulation der zufälligen Laserdynamik
• Videodemonstrationen in Lasern und Optik, die durch das Institut von Massachusetts für die Technologie (MIT) erzeugt ist. Echtzeiteffekten werden in einem Weg demonstriert, der schwierig sein würde, in einer Klassenzimmer-Einstellung zu sehen.
• Virtuelles Museum der Lasergeschichte, vom Reiseausstellungsstück durch SPIE