Laser [edytuj] Z Wikipedii Skocz do: nawigacji, szukaj Ten artykuł dotyczy optyki. Zobacz teŝ: Laser (klasa jachtów), Laser - rodzaj roślin z rodziny selerowatych. Laser - nazwa utworzona jako akronim od Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania. Jest to generator światła, wykorzystujący zjawisko emisji wymuszonej. Otrzymywane światło ma charakterystyczne właściwości, trudne lub wręcz niemoŝliwe do osiągnięcia w innych typach źródeł światła, mianowicie: bardzo małą szerokość linii emisyjnej, co jest równowaŝne bardzo duŝej mocy w wybranym obszarze widma. W laserach łatwo uzyskać wiązkę spolaryzowaną, spójną w czasie i przestrzeni oraz o bardzo małej rozbieŝności. W laserach impulsowych moŝna uzyskać bardzo duŝą moc w impulsie oraz szybkie narastanie impulsu. Laser Spis treści [ukryj] 1 Zasada działania Zobacz galerię na Wikimedia Commons: Laser 1
o 1.1 Ośrodek czynny o 1.2 Układ pompujący o 1.3 Rezonator optyczny o 1.4 Warunek progowy akcji laserowej o 1.5 Schemat działania lasera z trójpoziomowym układem poziomów energetycznych 2 Rodzaje laserów o 2.1 Podział laserów w zaleŝności od ośrodka czynnego o 2.2 Podział laserów w zaleŝności od zastosowań 3 Opis niektórych typów laserów o 3.1 Laser kryptonowy i ksenonowy o 3.2 Laser neodymowy Nd:YAG o 3.3 Laser półprzewodnikowy o 3.4 Laser barwnikowy 4 Krótka historia laserów 5 Bezpieczeństwo pracy 6 Zastosowanie lasera o 6.1 Poligrafia o 6.2 Znakowanie produktów o 6.3 Laserowe cięcie metali o 6.4 Technologia wojskowa o 6.5 Medycyna o 6.6 Telekomunikacja 7 Zobacz teŝ 8 Literatura Zasada działania [edytuj] Zasadniczymi częściami lasera są: ośrodek czynny, rezonator optyczny, układ pompujący. Układ pompujący dostarcza energię do ośrodka czynnego, w ośrodku czynnym w odpowiednich warunkach zachodzi akcja laserowa, czyli kwantowe wzmacnianie (powielanie) fotonów, a układ optyczny umoŝliwia wybranie odpowiednich fotonów. Ośrodek czynny [edytuj] Oddziaływanie światła z materią moŝna wyjaśnić za pomocą trzech zjawisk: pochłanianie fotonów (absorpcja), emisji spontanicznej oraz emisji wymuszonej fotonu. Foton wyemitowany w wyniku emisji wymuszonej jest spójny (ma taką samą częstotliwość, polaryzację) z fotonem wywołującym emisję. Foton wzbudzający musi mieć odpowiednią energię równą energii wzbudzenia ośrodka. Atomy w stanie podstawowym pochłaniają fotony wzbudzające (takŝe te wyemitowane). Aby laser działał proces emisji wymuszonej musi przewaŝyć nad pochłanianiem. Występuje to, gdy w ośrodku jest więcej atomów w stanie wzbudzonym niŝ w stanie podstawowym (inwersja obsadzeń poziomów energetycznych). Uzyskanie takiego nienaturalnego stanu, w którym poziomy o wyŝszej energii są częściej obsadzone niŝ poziomy o niŝszej energii, utrudnia takŝe zjawisko emisji spontanicznej powodujące, Ŝe atomy w stanie wzbudzonym pozostają bardzo krótko przechodząc szybko do stanu podstawowego. Niektóre atomy posiadają poziomy energetyczne metatrwałe na których elektron pozostaje znacznie dłuŝej (kilkaset µs, kilka ms), ale w takiej sytuacji przejście ze 2
stanu podstawowego do wzbudzonego jest teŝ utrudnione, co pokonuje się przez wzbudzanie atomów do poziomów o energii niewiele większej od poziomu metatrwałego. Atomy w przejściach bezpromienistych przechodzą do stanu metatrwałego. W układzie tym występują trzy poziomy energii w atomie dlatego jest on zwany trójpoziomowym. Układ trójpoziomowy jest najprostszym w którym moŝna uzyskać inwersję obsadzeń, spotyka się teŝ układy czteropoziomowe. Akcja laserowa rozpoczyna się od emisji spontanicznej lub wprowadzenia fotonu inicjującego z zewnątrz. Ten pierwszy foton wywołuje emisję wymuszoną, lub moŝe być pochłonięty. W układzie bez inwersji obsadzeń przewaŝa pochłanianie, a w układzie z inwersją obsadzeń emisja wymuszona. Układ pompujący [edytuj] Zadaniem układu jest przeniesienie jak największej liczby elektronów w substancji czynnej do stanu wzbudzonego. Układ musi być wydajny tak by doszło do inwersji obsadzeń. Pompowanie lasera odbywa się poprzez błysk lampy błyskowej (flesza), błysk innego lasera, przepływ prądu (wyładowanie) w gazie, reakcję chemiczną, zderzenia atomów, wstrzelenie wiązki elektronów do substancji. Rezonator optyczny [edytuj] O ile ośrodek czynny traktujemy jako generator fali elektromagnetycznej, to układ optyczny pełni rolę sprzęŝenia zwrotnego dla wybranych częstotliwości, dzięki czemu laser generuje spójne światło. Układ optyczny, składający się zazwyczaj z dwóch dokładnie wykonanych i odpowiednio ustawionych zwierciadeł (z czego przynajmniej jedno jest częściowo przepuszczalne), stanowi rezonator dla wybranej częstotliwości i określonego kierunku ruchu fali i tylko te fotony, dla których układ optyczny jest rezonatorem, wielokrotnie przebiegają przez ośrodek czynny wywołując emisję kolejnych fotonów spójnych z nimi. Pozostałe fotony zanikają w ośrodku czynnym lub układzie optycznym. Dzięki temu laser emituje niemalŝe równoległą wiązkę światła o duŝej spójności. Warunek progowy akcji laserowej [edytuj] Aby mogła zajść akcja laserowa, wzmocnienie promieniowania w obszarze czynnym musi co najmniej równowaŝyć straty promieniowania wewnątrz rezonatora (rozpraszanie, straty dyfrakcyjne) oraz emisję części promieniowania na zewnątrz rezonatora (np. przez częściowo przepuszczalne lustro wyjściowe). RozwaŜmy laser, którego rezonator optyczny ma długość L i jest zakończony dwoma lustrami o współczynnikach odbicia R 1 i R 2. W trakcie jednego obiegu promieniowania w rezonatorze natęŝenie światła zmienia się w sposób opisany poniŝszym wzorem: gdzie: g - wzmocnienie optyczne ośrodka czynnego, 3
α L - straty wewnętrzne - suma wszystkich strat promieniowania wewnątrz rezonatora z wyjątkiem absorpcji (jest juŝ uwzględniona w g), Warunek progowy: I = I 0 A więc wzmocnienie progowe konieczne do zajścia akcji laserowej wynosi: Schemat działania lasera z trójpoziomowym układem poziomów energetycznych [edytuj] Foton przemieszcza elektron z poziomu E k na poziom wzbudzony E n tzw. krótkoŝyciowy. Następnie elektron przechodzi w wyniku przejścia bezpromienistego na niŝszy poziom E m metastabilny. JeŜeli energia fotonu wymuszającego wynosi ħω = E m - E k to zostaje wymuszone wypromieniowanie drugiego fotonu koherentnego a elektron przenosi się na poziom podstawowy. Rodzaje laserów [edytuj] Ośrodek czynny decyduje o najwaŝniejszych parametrach lasera, określa długość emitowanej fali, jej moc, sposób pompowania, moŝliwe zastosowania lasera. Podział laserów w zaleŝności od ośrodka czynnego [edytuj] W nawiasach podano długości fal emitowanego światła. Lasery gazowe: o He-Ne laser helowo-neonowy (543 nm lub 633 nm) o Ar laser argonowy (458 nm, 488 nm lub 514,5 nm) o laser azotowy (308 nm) o laser kryptonowy (jonowy 647nm, 676 nm) o laser na dwutlenku węgla (10.6 µm) o laser na tlenku węgla Lasery na ciele stałym o laser rubinowy (694,3 nm) o laser neodymowy na szkle o laser neodymowy na YAG-u (Nd:YAG) o laser erbowy na YAG-u (Er:YAG) (1645 nm) o laser tulowy na YAG-u (Tm:YAG) (2015 nm) o laser holmowy na YAG-u (Ho:YAG) (2090 nm) o laser tytanowy na szafirze (Ti:szafir) o laser na centrach barwnych Lasery na cieczy 4
o lasery barwnikowe - ośrodkiem czynnym są barwniki rozpuszczone w nieaktywnym ośrodku przezroczystym, np. rodamina Lasery półprzewodnikowe o złączowe (diody laserowe) laser na materiale objętościowym laser na studniach kwantowych laser na kropkach kwantowych o bezzłączowe kwantowy laser kaskadowy Podział laserów w zaleŝności od zastosowań [edytuj] Specjalne lasery gazowe wytwarzające ultrafiolet o moŝliwie jak najmniejszej długości fali uŝywane do produkcji półprzewodnikowych układów scalonych: o F_2 (157 nm) o ArF (193 nm) o KrCl (222 nm) o XeCl (308 nm) o XeF (351 nm) Lasery uŝywane w stomatologii i dermatologii w tym do usuwania tatuaŝy, znamion oraz włosów: o laser rubinowy (694 nm) o Aleksandrytowy (755 nm) o pulsacyjna matryca diodowa (810 nm) o Nd:YAG (1064) o Ho:YAG (2090 nm) o Er:YAG (2940 nm) Półprzewodnikowe diody laserowe: o małej mocy - uŝywane we wskaźnikach laserowych, drukarkach laserowych, CD/DVD o duŝej mocy - uŝywane w przemyśle do cięcia i spawania, występują o mocach do 10 kw Opis niektórych typów laserów [edytuj] Laser kryptonowy i ksenonowy [edytuj] Wypełnione kryptonem lub ksenonem z domieszką fluoru lub chloru, emitują promieniowanie ultrafioletowe, zastosowania badawcze i do pompowania optycznego laserów barwnikowych. Laser kryptonowy jonowy ma wiele linii w paśmie widzialnym - dwie najintensywniejsze linie to linie 647.1 i 676.4 nm czerwone. Laser neodymowy Nd:YAG [edytuj] MoŜna wyróŝnić mikrolasery objętościowe i cienkowarstwowe. Pompowanie odbywa się za pomocą półprzewodnikowych diod laserowych. Długość aktywnego ośrodka objętościowego 5
jest rzędu 1mm. MoŜliwość budowy lasera o tak małych wymiarach powstała w wyniku opanowania technologii diod generujących wiązkę o mocy rzędu watów z moŝliwością dopasowania pasma emisji tych diod do pasma maksymalnej absorpcji neodymu (λ=0.81 µm). Długość fali emitowanej przez laser wiązki λ=1.06 µm. Przejścia kwantowe realizowane są na jonach neodymu. Dichroiczne zwierciadła tworzą układ rezonatora otwartego dla mikrolasera objętościowego i falowodowego. Wiązka pompująca (λ=0.81 µm) powinna być transmitowana przez pierwsze zwierciadło i całkowicie odbijana przez drugie. Natomiast wiązka generowana przez laser (λ=1.06 µm), jak w typowym rezonatorze, powinna być całkowicie odbijana przez drugie zwierciadło i częściowo transmitowane przez pierwsze. Mikrolaser objętościowy w połączeniu z kryształem nieliniowym tworzy laser o zwartej budowie, emitujący linię zieloną (druga harmoniczna, λ=0.533 µm) o mocy nawet kilkunastu miliwatów. Tą drogą moŝna uzyskać równieŝ harmoniczne wyŝsze niŝ druga i uzyskać promieniowanie w nadfiolecie. Laser półprzewodnikowy [edytuj] Są to najbardziej perspektywiczne lasery z punktu widzenia ich zastosowań w fotonice ze względu na małe wymiary, dość wysokie moce, łatwość sterowania prądem o wysokiej częstotliwości rzędu nawet gigaherców i moŝliwość uzyskania promieniowania od pasma bliskiej podczerwieni (diody laserowe dla telekomunikacji światłowodowej) do skraju fioletowego pasma widzialnego. Laser ten jest wielowarstwową strukturą półprzewodników typu n (nadmiar elektronów w paśmie przewodnictwa) i p (więcej dziur w paśmie walencyjnym). Przejście elektronu do pasma przewodzenia na skutek zasilania prądem (pompowanie) połączone jest z odwrotnym procesem spontanicznym, zwanym radiacyjnym procesem rekombinacji. Proces ten prowadzi do uwolnienia fotonu. Przy dostatecznie duŝym prądzie moŝe powstać inwersja obsadzeń, pozwalająca wywołać akcję laserową. Zewnętrzne ścianki falowodu tworzą rezonatory Fabry'ego-Perota. Warstwa falowodowa ma grubość rzędu 2 µm, co ułatwia uzyskanie inwersji obsadzeń przy małym prądzie, a jej szerokość wynosi 10 µm. Rezultatem takiej budowy warstwy czynnej są duŝe kąty rozbieŝności wiązki, róŝne w obydwu przekrojach (rzędu 30 odpowiadający grubości 2 µm i ponad 5 dla szerokości 10 µm). W celu zmniejszenia asymetrii wiązki stosuje się dodatkowe układy optyczne (pryzmatyczne lub cylindryczne) mające róŝne powiększenia w tych przekrojach. Do wad tych laserów naleŝy zaliczyć szersze widmo promieniowania w porównaniu np. z laserem He-Ne i silny wpływ zmiany temperatury na moc długości fali generowanej wiązki. W fotonice do budowy struktur informatycznych wykorzystuje się równieŝ macierze laserów umieszczonych na wspólnym podłoŝu. Średnice pojedynczych laserów mogą być rzędu kilku mikrometrów. KaŜdy z laserów moŝe być niezaleŝnie sterowany elektronicznie, stąd macierz laserów tworzy razem powierzchniową strukturę niemal punktowych źródeł promieniowania. Zjawisko elektroluminescencji w złączu półprzewodnikowym p-n zostało po raz pierwszy zaobserwowane w roku 1952 roku przez naukowców Haynesa i Briggsa. Prace które prowadzili miały na celu zbadanie właściwości luminescencyjne złącza, przez które płynie bardzo duŝy prąd w kierunku przewodzenia. W roku 1958 Aigrain zauwaŝył, Ŝe świecenie rekombinacyjne elektronów i dziur wstrzykiwanych poprzez pasmo zabronione moŝe słuŝyć 6
do otrzymania inwersji obsadzeń. W latach 1960-62 rozgorzała dyskusja nad wykorzystaniem tego świecenia do budowy lasera półprzewodnikowego, która zakończyła się w niedługim czasie zbudowaniem złącza półprzewodnikowego typu p-n z arsenku galu (GaAs) o bardzo duŝej wydajności elektroluminescencyjnej. Lasery półprzewodnikowe to inaczej źródła promieniowania spójnego, w których funkcję ośrodka czynnego pełni półprzewodnik. MoŜna je podzielić na dwie grupy: 1) półprzewodnikowe lasery złączowe ( diodowe) 2) półprzewodnikowe lasery bezzłączowe- wykonane z jednorodnego materiału. W półprzewodnikowym laserze złączowym proces emisji promieniowania jest zlokalizowany w obszarze przylegającym do złącza diody półprzewodnikowej. Aby nastąpiła akcja laserowa, podobnie jak w innych laserach muszą nastąpić odpowiednie warunki, wynikające przede wszystkim ze struktury poziomów energetycznych. W półprzewodnikach rozpatruje się stany energetyczne półprzewodnika jako całości, a nie poziomy poszczególnych atomów. Inwersja obsadzeń odbywa się nie w całej objętości ośrodka czynnego, ale w ścisłym otoczeniu złącza. W teorii pasmowej półprzewodnika, górnym stanom energetycznym odpowiada pasmo przewodnictwa, a dolnym stanom, energetycznym odpowiada pasmo walencyjne. Są to szerokie poziomy dozwolone, czyli dostępne dla elektronów, które są rozdzielone pasmem zabronionym. Elektron znajdujący się w paśmie walencyjnym moŝe przejść do pasma przewodnictwa tylko wtedy gdy posiada energię wystarczającą pokonani przezeń obszaru zabronionego. Po przejściu elektronu do pasma przewodnictwa w paśmie walencyjny powstają tak zwane dziury. Elektrony w paśmie przewodzenia, oraz dziury w paśmie walencyjnym są ruchomymi nośnikami ładunku elektrycznego. Wzbudzone do pasma przewodnictwa elektrony mogą wpaść do pasma walencyjnego z odpowiednim prawdopodobieństwem emisji fotonowej. Powrót elektronów do pasma walencyjnego odpowiada tzw. procesowi rekombinacji, czyli łączenia się elektronu i dziury, któremu towarzyszy wyzwolenie energii mającej postać promieniowania świetlnego. Rekombinacja promienista nie zachodzi równie intensywnie we wszystkich rodzajach półprzewodników, najlepszym półprzewodnikiem nadającym się do tego celu jest półprzewodnik zbudowany z arsenku galu. JeŜeli do diody półprzewodnikowej przyłoŝymy napięcie w kierunku przewodzenia, to elektrony będą się poruszały z obszaru n do p, a dziury z obszaru p do n. Proces ten nazywany jest wstrzykiwaniem lub inaczej iniekcją elektronów do pasma przewodnictwa obszaru p lub dziur do pasma walencyjnego obszaru n. Wystąpienie któregokolwiek z tych stanów powoduje tzw. rekombinację, której w arsenku galu towarzyszy emisja fotonów. Inaczej mówiąc mamy tu do czynienia ze świeceniem na skutek przepływu prądu elektrycznego. Diodę taką nazwano diodą luminescencyjną. Światło emitowane przez taką diodę z arsenku galu ma długość około 1,4 m, a wartość przerwy energetycznej wynosi około 1,4eV. Dioda elektroluminescencyjna daje szerokie widmo emisji, głównie zaleŝne od intensywności z jaką są wstrzykiwane nośniki, czyli inaczej mówiąc od natęŝenia prądu jaki przez nią płynie. Rekombinacji elektronów i dziur towarzyszy emisja fotonów, jak juŝ wcześniej było powiedziane, ale ta emisja jest emisją spontaniczną, wielokierunkową, przez co większość fotonów szybko opuszcza obszar czynny, lecz niektóre z nich zderzają się ze wzbudzonymi elektronami powodując przejście emisyjne wymuszone. W pewnych warunkach moŝe nastąpić sytuacja kiedy wytwarzane fotony wymuszą emisję fotonów liczniejszych niŝ te które będą pochłaniane, w takiej sytuacji nastąpi wzmocnienie promieniowania. Aby akcja laserowa nastąpiła musi występować jeszcze urządzenie, które będzie wypromieniowane fotony scalało w jedną spójną wiązkę zwaną promieniem laserowym, to urządzenie nosi nazwę rezonatora optycznego. W celu stworzenia rezonatora optycznego naleŝy ukształtować złącze diody moŝliwie płaskie, a z obu jego przeciwległych stron dać prostopadłe do płaszczyzny złącza i równoległe do siebie powierzchnie odbijające. Jedno ze zwierciadeł musi 7
być częściowo przepuszczalne, zwierciadło takie nazywane jest promiennikiem światła laserowego. Aby zapobiec moŝliwości wzbudzenia się akcji laserowej w kierunku poprzecznym, boczne powierzchnie rezonatora powinny być matowe i nieco odbiegać od powierzchni równoległych. W celu osiągnięcia akcji laserowej przez diodę luminescencyjną musi płynąć odpowiednio duŝy prąd, prąd progowy. Jeśli natęŝenie prądu jest mniejsze, rekombinacja elektronów i dziur nie powoduje akcji laserowej, a dioda emituje światło niespójne. Na chwilę obecną są produkowane półprzewodnikowe diody świecące o barwie czerwonej, pomarańczowej, Ŝółtej, zielonej, niebieskiej, oraz diody, które pracują w podczerwieni. Światło emitowane przez lasery posiada wiele ciekawych cech: - jest spójne (daje moŝliwość interferencji), - spolaryzowane, - charakteryzuje się nie spotykaną nigdzie indziej gęstością energii emitowanej, z moŝliwością łatwego skupiania tej energii na powierzchni ciała po zastosowaniu układu optycznego - ściśle określony moment emisji w laserach impulsowych. Własności te dają szerokie moŝliwości zastosowań, w: - medycynie- badania podstawowe (spektroskopia atomowa i cząsteczkowa), jako perfekcyjnie sterylne skalpele umoŝliwiające przeprowadzanie operacji wnętrza oka, operacji podskórnych, usuwania znamion, - metalurgii- do cięcia i obróbki trudnotopliwych i twardych materiałów, - lotnictwie- do wywaŝania dynamicznego, - wojsku- w celownikach laserowych, - informatyce- w nośnikach informacji (cyfrowy zapis optyczny, telekomunikacja światłowodowa, czytniki kodu itp.). Laser barwnikowy [edytuj] Substancją czynną jest przepływająca, laminarna struga roztworu zawierającego barwnik organiczny, np. rodaminę, pompowane optycznie laserem argonowym, kryptonowym lub neodymowym, charakteryzują się przestrajaną w szerokim zakresie długością emitowanej fali świetlnej, zastosowania badawcze. Krótka historia laserów [edytuj] Często podaje się datę 1954 skonstruowania masera, pierwszego wzmacniacza kwantowego. Pierwszy laser (rubinowy) zbudował i uruchomił 16 maja 1960 roku Theodore Maiman, ośrodkiem czynnym był kryształ korundu domieszkowany chromem - rubin. W roku następnym Snitzer uruchomił laser na bazie szkła neodymowego, a w roku 1964 Gaisik i Karkos skonstruowali laser na bazie granatu itrowo-glinowego domieszkowanego neodymem. Nagroda Nobla z fizyki - 1964 - N. G. Basow i A. M. Prochorow (ZSRR) oraz C. H. Townes (USA) za prace będące podstawą działania laserów i maserów W tym samym roku zbudowany został pierwszy laser półprzewodnikowy z pompowaniem diodowym. W latach 1967-69 Bagdasarow i Kamiński zbudowali laser na bazie kryształu perowskitu itrowo-glinowego domieszkowanego neodymem, a Homer, Linz i Gabbe wykorzystali fluorek litowo-itrowy (YLF). 8
Kilka lat później (w 1979 roku) skonstruowano laser z przestrajaniem częstotliwości na krysztale aleksandrytu, a w roku 1982 Moulton zaprezentował laser na bazie tikoru. Pierwszym polskim pionierem w tej dziedzinie był dr mgr Andrzej Dzikowski, konstruktor super silnych laserów kryptonowych. Niektóre informacje zawarte w artykule wymagają weryfikacji. Zajrzyj na stronę dyskusji, by dowiedzieć się, jakie informacje budzą wątpliwości. Pierwszy polski laser powstał w Wojskowej Akademii Technicznej w 1963 (laser gazowy He-Ne, generujący promieniowanie podczerwone). Bezpieczeństwo pracy [edytuj] Nalepka, stosowana takŝe przy bezpiecznych laserach PoniewaŜ promieniowanie laserowe o tej samej mocy lecz o róŝnych długościach fal moŝe wywołać róŝne skutki podczas oddziaływania z tkanką biologiczną, lasery podzielono na klasy. Zasady bezpiecznej pracy z urządzeniami laserowymi podano w Polskiej Normie PN- EN 60825-1:2005 (Bezpieczeństwo urządzeń laserowych -- Część 1: Klasyfikacja sprzętu, wymagania i przewodnik uŝytkownika). Nowy podział na siedem klas (1, 1M, 2, 2M, 3R, 3B, 4): 1 - Lasery które są bezpieczne w racjonalnych warunkach pracy 1M - Lasery emitujące promieniowanie w zakresie długości fal do 302,5 nm do 4000 nm, które są bezpieczne w racjonalnych warunkach pracy, ale mogą być niebezpieczne podczas patrzenia w wiązkę przez przyrządy optyczne. 2 - Lasery emitujące promieniowanie widzialne w przedziale długości fal od 400 do 700 nm. Ochrona oka jest zapewniona w sposób naturalny przez instynktowne reakcje obronne 2M - Lasery emitujące promieniowanie widzialne w przedziale długości fal od 400 do 700 nm. Ochrona oka jest zapewniona w sposób naturalny przez instynktowne reakcje obronne, ale mogą być niebezpieczne podczas patrzenia w wiązkę przez przyrządy optyczne 3R - Lasery emitujące promieniowanie w zakresie długości fal do 302,5 nm do 10^6 nm, dla których bezpośrednie patrzenie w wiązkę jest potencjalnie niebezpieczne. 3B - Lasery, które są niebezpieczne podczas bezpośredniej ekspozycji promieniowania. Patrzenie na odbicia rozproszone jest zwykle bezpieczne. 4 - Lasery, które wytwarzają niebezpieczne odbicia rozproszone. Mogą one powodować uszkodzenie skóry oraz stwarzają zagroŝenie poŝarem. Podczas obsługi laserów klasy 4 naleŝy zachować szczególną ostroŝność. 9
Jednym z najwaŝniejszych elementów oznakowania urządzeń laserowych są etykiety informujące o klasie lasera. Tekst na tych etykietach powinien być napisany czarnymi literami na Ŝółtym tle. Zastosowanie lasera [edytuj] Poligrafia [edytuj] Lasery znalazły zastosowanie w nowoczesnej poligrafii: Computer-to-Film CtF czyli w naświetlarkach filmów poligraficznych Computer-to-Plate CtP w naświetlarkach offsetowych form drukowych Computer-to-Press CtPress czyli w naświetlarkach zintegrowanych z maszyną drukarską Computer-to-Print CtPrint czyli w jednym z typów druku cyfrowego, tj. w technologii analogicznej do uŝywanych w cyfrowych kserokopiarkach Znakowanie produktów [edytuj] Lasery znalazły równieŝ zastosowanie przy znakowaniu produktów. UŜywa się ich przy liniach produkcyjnych posiadających bardzo wysokiej wydajności (np. 70 000 prod./h) oraz gdy chcemy uzyskać trwały i estetyczny nadruk. Podstawowym załoŝeniem stosowania lasera do znakowania jest jego trwałość oraz nieusuwalność znaku. Aby 'zniszczyć' np. datę przydatności do produkcji na towarze spoŝywczym wykonaną laserem, naleŝałoby zniszczyć takŝe opakowanie lub usunąć etykietę. Nadruki moŝna wykonywać na: etykietach produktów poprzez usuwanie warstwy farby lub odbarwienie etykiety butelkach PET poprzez trwałe naniesienie znaków (proces jw. lub przy zastosowaniu specjalnej technologii spieniającej PET) elementach metalowych oraz innych - popularnie zwanych grawerowaniem Laserowe cięcie metali [edytuj] Cięcie laserowe stanowi nowoczesną metodę obróbki o podobnych parametrach wymiarowych jak klasyczna obróbka mechaniczna. Podstawowa róŝnica tkwi w stosowanym czynniku tnącym, który w przypadku cięcia laserowego stanowi gorący promień lasera oraz gaz techniczny o duŝej czystości. W zaleŝności od stosowanego urządzenia (przede wszystkim jego mocy) cięcie przeprowadza się na trzy sposoby: metodą spalania, stapiania lub sublimacji. Technologia wojskowa [edytuj] 10
"Airborne Laser" zainstalowany na pokładzie specjalnej wersji samolotu Boeing 747-400F. Laser ma potrójne zastosowanie militarne: dalmierz Dalmierze laserowe, stosowane do oceny odległości od celu, wchodzą w skład systemów kierowania ogniem lub systemów rozpoznawczych czołgów i niektórych innych pojazdów bojowych, samolotów i śmigłowców, mogą być takŝe przenośne. naprowadzanie Jako system naprowadzający, wiązka laserowa działa na zasadzie odbicia od celu. Cel jest opromieniowywany wiązką laserową, która zgodnie z prawami odbicia jest emitowana praktycznie we wszystkich kierunkach (z uwagi na rozpraszanie wiązki na powierzchni). Pocisk rakietowy, artyleryjski lub bomba kierowana, wyposaŝony w czujnik laserowy, określa źródło odbitej wiązki i za pomocą układów elektronicznych naprowadza się na podświetlony cel. broń energetyczna Systemy laserowe są zdolne do uwalniania skoncentrowanej energii w postaci wiązki świetlnej w bardzo krótkim przedziale czasu. Powoduje to, iŝ cała energia jest wyzwalana w pojedynczym impulsie, co przy prędkości światła powoduje, iŝ praktycznie jest niemoŝliwe uniknięcie trafienia z takiej broni. Laser jako broń energetyczna jest najmniej rozpowszechniony - dopiero wprowadzany jedynie w USA na platformach powietrznych (Airborne Laser), aczkolwiek jest jednym z ulubionych tematów twórczości science-fiction. Lasery mniejszej mocy stosowane są teŝ do niszczenia układów optycznych pojazdów. Prowadzone są prace nad laserami mogącymi krótkotrwale oślepiać Ŝołnierzy. Medycyna [edytuj] Laserów uŝywa się przede wszystkim dla "twardej" obróbki tkanek: cięcia, koagulacji, odparowania (fotoablacji oraz ablacji stymulowanej plazmą) obróbki mechanicznej (rozrywania, fragmentacji czy kawitacji) 11
Telekomunikacja [edytuj] Nadajniki laserowe przy transmisji światłowodowej Odczyt i zapis informacji na płytach kompaktowych Zobacz teŝ [edytuj] Maser Emisja wymuszona Literatura [edytuj] Zbigniew Płochocki, Co to jest laser, Wiedza Powszechna 1984, ISBN 83-214-0357-3 Franciszek Kaczmarek: Wstęp do fizyki laserów; Państwowe Wydawnictwa Naukowe, Warszawa 1986 Paweł Hempowicz, Robert Kiełsznia, Andrzej Pilatowcz, Jan Szymczyk, Tadeusz Tomborowaki, Andrzej Wąsowski, Alicja Zielińska, Wiesław Zurawski; Elektrotechnika i elektronika dla nieelektryków; Wydawnictwa Naukowo Techniczne 1995 Jan Porębski: Podstawy elektroniki; Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie 1986 Źródło: "http://pl.wikipedia.org/wiki/laser" Kategoria: Lasery Laser From Wikipedia, the free encyclopedia Learn more about citing Wikipedia Jump to: navigation, search For other uses, see Laser (disambiguation). 12
Experiment with a laser (U.S. Air Force) A laser is an electronic-optical device that emits coherent light radiation. The term "laser" is an acronym for Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. [1]. A typical laser emits light in a narrow, low-divergence monochromatic (single-coloured, if the laser is operating in the visible spectrum), beam with a well-defined wavelength. In this respect, laser light is in sharp contrast with such light sources as the incandescent light bulb, which emits light over a wide area and over a wide spectrum of wavelengths. The first working laser was demonstrated on May 16, 1960 by Theodore Maiman at Hughes Research Laboratories. [2] Since then, lasers have become a multi-billion dollar industry. The most widespread [citation needed] use of lasers is in optical storage devices such as compact disc and DVD players, in which the laser (a few millimeters in size) scans the surface of the disc. Other common applications of lasers are bar code readers, laser printers and laser pointers. In industry, lasers are used for cutting steel and other metals and for inscribing patterns (such as the letters on computer keyboards). Lasers are also commonly used in various fields in science, especially spectroscopy, typically because of their well-defined wavelength or short pulse duration in the case of pulsed lasers. Lasers are used by the military for rangefinding, target identification and illumination for weapons delivery. Lasers used in medicine are used for internal surgery and cosmetic applications. Contents [hide] 1 Design 2 Laser physics 3 Continuous wave and pulsed lasers o 3.1 Continuous wave operation o 3.2 Pulsed operation 3.2.1 Q-switching 3.2.2 Modelocking 3.2.3 Pulsed pumping 4 History o 4.1 Foundations 13
o 4.2 Maser o 4.3 Laser o 4.4 Recent innovations 5 Types and operating principles o 5.1 Gas lasers 5.1.1 Chemical lasers 5.1.2 Excimer lasers o 5.2 Solid-state lasers 5.2.1 Fiber-hosted lasers 5.2.2 Semiconductor lasers o 5.3 Dye lasers o 5.4 Free electron lasers o 5.5 Nuclear reaction lasers o 5.6 Photonic crystal lasers o 5.7 Random Lasing 6 Uses o 6.1 Examples by power o 6.2 Hobby uses 7 Laser safety 8 Related terminology 9 Fictional predictions 10 See also 11 Notes and references 12 Further reading 13 External links Design The word light in the acronym Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation is typically used in the broader sense, as including photons of any electromagnetic energy, and it is not limited to photons in the visible spectrum. Hence there are infrared lasers, ultraviolet lasers, X-ray lasers, etc. (Though, by analogy, the word "laser" is sometimes used to describe other non-light technologies. For axample, a source of atoms in a coherent state might be called an "atom laser.") 14
From left to right-gamma rays, X-rays, Ultraviolet rays, Visible spectrum, infrared, microwaves, radio waves A laser consists of a gain medium inside a highly reflective optical cavity, as well as a means to supply energy to the gain medium. The gain medium is a material (gas, liquid, solid or free electrons) with appropriate optical properties. In its simplest form, a cavity consists of two mirrors arranged such that light bounces back and forth, each time passing through the gain medium. Typically, one of the two mirrors, the output coupler, is partially transparent. The output laser beam is emitted through this mirror. Light of a specific wavelength that passes through the gain medium is amplified (increases in power); the surrounding mirrors ensure that most of the light makes many passes through the gain medium, stimulating the gain material continuously. Part of the light that is between the mirrors (that is, within the cavity) passes through the partially transparent mirror and escapes as a beam of light. The process of supplying the energy required for the amplification is called pumping. The energy is typically supplied as an electrical current or as light at a different wavelength. A typical pump source is a flash lamp or perhaps another laser. Most practical lasers contain additional elements that affect properties such as the wavelength of the emitted light and the shape of the beam. Laser physics Principal components: 1. Active laser medium 2. Laser pumping energy 3. High reflector 4. Output coupler 5. Laser beam 15
A helium-neon laser demonstration at the Kastler-Brossel Laboratory at Univ. Paris 6. The glowing ray in the middle is an electric discharge producing light in much the same way as a neon light. It is the gain medium through which the laser passes, not the laser beam itself, which is visible there. The laser beam crosses the air and marks a red point on the screen to the right. Spectrum of a helium neon laser showing the very high spectral purity intrinsic to nearly all lasers. Compare with the relatively broad spectral emittance of a light emitting diode. To understand the fundamentals of how lasers work and what makes their emissions so special requires a knowledge of the interaction of electromagnetic radiation and matter (see the "introduction to quantum mechanics" article). See also: Laser science and Laser construction A laser is composed of an active laser medium, or gain medium, and a resonant optical cavity. The gain medium transfers external energy into the laser beam. It is a material of controlled purity, size, concentration, and shape, which amplifies the beam by the process of stimulated emission. The gain medium is energized, or pumped, by an external energy source. Examples of pump sources include electricity and light, for example from a flash lamp or from another laser. The pump energy is absorbed by the laser medium, placing some of its particles into high-energy ("excited") quantum states. Particles can interact with light both by absorbing photons or by emitting photons. Emission can be spontaneous or stimulated. In the latter case, the photon is emitted in the same direction as the light that is passing by. When the number of particles in one excited state exceeds the number of particles in some lower-energy state, 16
population inversion is achieved and the amount of stimulated emission due to light that passes through is larger than the amount of absorption. Hence, the light is amplified. Strictly speaking, these are the essential ingredients of a laser. However, usually the term laser is used for devices where the light that is amplified is produced as spontaneous emission from the same gain medium as where the amplification takes place. Devices where light from an external source is amplified are normally called optical amplifiers. The light generated by stimulated emission is very similar to the input signal in terms of wavelength, phase, and polarization. This gives laser light its characteristic coherence, and allows it to maintain the uniform polarization and often monochromaticity established by the optical cavity design. The optical cavity, a type of cavity resonator, contains a coherent beam of light between reflective surfaces so that the light passes through the gain medium more than once before it is emitted from the output aperture or lost to diffraction or absorption. As light circulates through the cavity, passing through the gain medium, if the gain (amplification) in the medium is stronger than the resonator losses, the power of the circulating light can rise exponentially. But each stimulated emission event returns a particle from its excited state to the ground state, reducing the capacity of the gain medium for further amplification. When this effect becomes strong, the gain is said to be saturated. The balance of pump power against gain saturation and cavity losses produces an equilibrium value of the laser power inside the cavity; this equilibrium determines the operating point of the laser. If the chosen pump power is too small, the gain is not sufficient to overcome the resonator losses, and the laser will emit only very small light powers. The minimum pump power needed to begin laser action is called the lasing threshold. The gain medium will amplify any photons passing through it, regardless of direction; but only the photons aligned with the cavity manage to pass more than once through the medium and so have significant amplification. The beam in the cavity and the output beam of the laser, if they occur in free space rather than waveguides (as in an optical fiber laser), are, at best, low order Gaussian beams. However this is rarely the case with powerful lasers. If the beam is not a low-order Gaussian shape, the transverse modes of the beam can be described as a superposition of Hermite-Gaussian or Laguerre-Gaussian beams (for stable-cavity lasers). Unstable laser resonators on the other hand, have been shown to produce fractal shaped beams. [3] The beam may be highly collimated, that is being parallel without diverging. However, a perfectly collimated beam cannot be created, due to diffraction. The beam remains collimated over a distance which varies with the square of the beam diameter, and eventually diverges at an angle which varies inversely with the beam diameter. Thus, a beam generated by a small laboratory laser such as a helium-neon laser spreads to about 1.6 kilometers (1 mile) diameter if shone from the Earth to the Moon. By comparison, the output of a typical semiconductor laser, due to its small diameter, diverges almost as soon as it leaves the aperture, at an angle of anything up to 50. However, such a divergent beam can be transformed into a collimated beam by means of a lens. In contrast, the light from non-laser light sources cannot be collimated by optics as well. The output of a laser may be a continuous constant-amplitude output (known as CW or continuous wave); or pulsed, by using the techniques of Q-switching, modelocking, or gainswitching. In pulsed operation, much higher peak powers can be achieved. 17
Some types of lasers, such as dye lasers and vibronic solid-state lasers can produce light over a broad range of wavelengths; this property makes them suitable for generating extremely short pulses of light, on the order of a few femtoseconds (10-15 s). Although the laser phenomenon was discovered with the help of quantum physics, it is not essentially more quantum mechanical than other light sources. The operation of a free electron laser can be explained without reference to quantum mechanics. Because the microwave equivalent of the laser, the maser, was developed first, devices that emit microwave and radio frequencies are usually called masers. In early literature, particularly from researchers at Bell Telephone Laboratories, the laser was often called the optical maser. This usage has since become uncommon, and as of 1998 even Bell Labs uses the term laser. [4] Continuous wave and pulsed lasers A laser may either be built to emit a continuous beam or a train of short pulses. This makes fundamental differences in construction, usable laser media, and applications. Continuous wave operation In the continuous wave (CW) mode of operation, the output of a laser is relatively consistent with respect to time. The population inversion required for lasing is continually maintained by a steady pump source. Pulsed operation In the pulsed mode of operation, the output of a laser varies with respect to time, typically taking the form of alternating 'on' and 'off' periods. In many applications one aims to deposit as much energy as possible at a given place in as short time as possible. In laser ablation for example, a small volume of material at the surface of a work piece might evaporate if it gets the energy required to heat it up far enough in very short time. If, however, the same energy is spread over a longer time, the heat may have time to disperse into the bulk of the piece, and less material evaporates. There are a number of methods to achieve this. Q-switching Main article: Q-switching In a Q-switched laser, the population inversion (usually produced in the same way as CW operation) is allowed to build up by making the cavity conditions (the 'Q') unfavorable for lasing. Then, when the pump energy stored in the laser medium is at the desired level, the 'Q' is adjusted (electro- or acousto-optically) to favorable conditions, releasing the pulse. This results in high peak powers as the average power of the laser (were it running in CW mode) is packed into a shorter time frame. Modelocking Main article: Modelocking 18
A modelocked laser emits extremely short pulses on the order of tens of picoseconds down to less than 10 femtoseconds. These pulses are typically separated by the time that a pulse takes to complete one round trip in the resonator cavity. Due to the Fourier limit (also known as energy-time uncertainty), a pulse of such short temporal length has a spectrum which contains a wide range of wavelengths. Because of this, the laser medium must have a broad enough gain profile to amplify them all. An example of a suitable material is titanium-doped, artificially grown sapphire (Ti:sapphire). The modelocked laser is a most versatile tool for researching processes happening at extremely fast time scales also known as femtosecond physics, femtosecond chemistry and ultrafast science, for maximizing the effect of nonlinearity in optical materials (e.g. in secondharmonic generation, parametric down-conversion, optical parametric oscillators and the like), and in ablation applications. Again, because of the short timescales involved, these lasers can achieve extremely high powers. Pulsed pumping Another method of achieving pulsed laser operation is to pump the laser material with a source that is itself pulsed, either through electronic charging in the case of flashlamps, or another laser which is already pulsed. Pulsed pumping was historically used with dye lasers where the inverted population lifetime of a dye molecule was so short that a high energy, fast pump was needed. The way to overcome this problem was to charge up large capacitors which are then switched to discharge through flashlamps, producing a broad spectrum pump flash. Pulsed pumping is also required for lasers which disrupt the gain medium so much during the laser process that lasing has to cease for a short period. These lasers, such as the excimer laser and the copper vapour laser, can never be operated in CW mode. History Foundations In 1917 Albert Einstein, in his paper Zur Quantentheorie der Strahlung (On the Quantum Theory of Radiation), laid the foundation for the invention of the laser and its predecessor, the maser, in a ground-breaking rederivation of Max Planck's law of radiation based on the concepts of probability coefficients (later to be termed 'Einstein coefficients') for the absorption, spontaneous, and stimulated emission. In 1928, Rudolph W. Landenburg confirmed the existence of stimulated emission and negative absorption. [5] In 1939, Valentin A. Fabrikant (USSR) predicted the use of stimulated emission to amplify "short" waves. [6] In 1947, Willis E. Lamb and R. C. Retherford found apparent stimulated emission in hydrogen spectra and made the first demonstration of stimulated emission. [7] In 1950, Alfred Kastler (Nobel Prize for Physics 1966) proposed the method of optical pumping, which was experimentally confirmed by Brossel, Kastler and Winter two years later. [8] Maser 19
In 1953, Charles H. Townes and graduate students James P. Gordon and Herbert J. Zeiger produced the first microwave amplifier, a device operating on similar principles to the laser, but amplifying microwave rather than infrared or visible radiation. Townes's maser was incapable of continuous output. Nikolay Basov and Aleksandr Prokhorov of the Soviet Union worked independently on the quantum oscillator and solved the problem of continuous output systems by using more than two energy levels and produced the first maser. These systems could release stimulated emission without falling to the ground state, thus maintaining a population inversion. In 1955 Prokhorov and Basov suggested an optical pumping of multilevel system as a method for obtaining the population inversion, which later became one of the main methods of laser pumping. Townes reports that he encountered opposition from a number of eminent colleagues who thought the maser was theoretically impossible -- including Niels Bohr, John von Neumann, Isidor Rabi, Polykarp Kusch, and Llewellyn H. Thomas[1]. Townes, Basov, and Prokhorov shared the Nobel Prize in Physics in 1964 "For fundamental work in the field of quantum electronics, which has led to the construction of oscillators and amplifiers based on the maser-laser principle". Laser In 1957, Charles Hard Townes and Arthur Leonard Schawlow, then at Bell Labs, began a serious study of the infrared laser. As ideas were developed, infrared frequencies were abandoned with focus on visible light instead. The concept was originally known as an "optical maser". Bell Labs filed a patent application for their proposed optical maser a year later. Schawlow and Townes sent a manuscript of their theoretical calculations to Physical Review, which published their paper that year (Volume 112, Issue 6). The first page of Gordon Gould's laser notebook in which he coined the acronym LASER and described the essential elements for constructing one. 20
At the same time Gordon Gould, a graduate student at Columbia University, was working on a doctoral thesis on the energy levels of excited thallium. Gould and Townes met and had conversations on the general subject of radiation emission. Afterwards Gould made notes about his ideas for a "laser" in November 1957, including suggesting using an open resonator, which became an important ingredient of future lasers. In 1958, Prokhorov independently proposed using an open resonator, the first published appearance of this idea. Schawlow and Townes also settled on an open resonator design, apparently unaware of both the published work of Prokhorov and the unpublished work of Gould. The term "laser" was first introduced to the public in Gould's 1959 conference paper "The LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation". [9][10] Gould intended "- aser" to be a suffix, to be used with an appropriate prefix for the spectra of light emitted by the device (x-ray laser = xaser, ultraviolet laser = uvaser, etc.). None of the other terms became popular, although "raser" was used for a short time to describe radio-frequency emitting devices. Gould's notes included possible applications for a laser, such as spectrometry, interferometry, radar, and nuclear fusion. He continued working on his idea and filed a patent application in April 1959. The U.S. Patent Office denied his application and awarded a patent to Bell Labs in 1960. This sparked a legal battle that ran 28 years, with scientific prestige and much money at stake. Gould won his first minor patent in 1977, but it was not until 1987 that he could claim his first significant patent victory when a federal judge ordered the government to issue patents to him for the optically pumped laser and the gas discharge laser. The first working laser was made by Theodore H. Maiman in 1960 [11] at Hughes Research Laboratories in Malibu, California, beating several research teams including those of Townes at Columbia University, Arthur L. Schawlow at Bell Labs, [12] and Gould at a company called TRG (Technical Research Group). Maiman used a solid-state flashlamp-pumped synthetic ruby crystal to produce red laser light at 694 nanometres wavelength. Maiman's laser, however, was only capable of pulsed operation due to its three energy level pumping scheme. Later in 1960 the Iranian physicist Ali Javan, working with William R. Bennett and Donald Herriot, made the first gas laser using helium and neon. Javan later received the Albert Einstein Award in 1993. The concept of the semiconductor laser diode was proposed by Basov and Javan. The first laser diode was demonstrated by Robert N. Hall in 1962. Hall's device was made of gallium arsenide and emitted at 850 nm in the near-infrared region of the spectrum. The first semiconductor laser with visible emission was demonstrated later the same year by Nick Holonyak, Jr. As with the first gas lasers, these early semiconductor lasers could be used only in pulsed operation, and indeed only when cooled to liquid nitrogen temperatures (77 K). In 1970, Zhores Alferov in the Soviet Union and Izuo Hayashi and Morton Panish of Bell Telephone Laboratories independently developed laser diodes continuously operating at room temperature, using the heterojunction structure. Recent innovations 21
Graph showing the history of maximum laser pulse intensity throughout the past 40 years. Since the early period of laser history, laser research has produced a variety of improved and specialized laser types, optimized for different performance goals, including: new wavelength bands maximum average output power maximum peak output power minimum output pulse duration maximum power efficiency maximum charging maximum firing and this research continues to this day. Lasing without maintaining the medium excited into a population inversion, was discovered in 1992 in sodium gas and again in 1995 in rubidium gas by various international teams. This was accomplished by using an external maser to induce "optical transparency" in the medium by introducing and destructively interfering the ground electron transitions between two paths, so that the likelihood for the ground electrons to absorb any energy has been cancelled. In 1985 at the University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics a breakthrough in creating ultrashort-pulse, very high-intensity (terawatts) laser pulses became available using a technique called chirped pulse amplification, or CPA, discovered by Gérard Mourou. These high intensity pulses can produce filament propagation in the atmosphere. Types and operating principles For a more complete list of laser types see this list of laser types. 22
Spectral output of several types of lasers. Gas lasers Gas lasers using many gases have been built and used for many purposes. They are one of the oldest types of laser. The helium-neon laser (HeNe) emits at a variety of wavelengths and units operating at 633 nm are very common in education because of its low cost. Carbon dioxide lasers can emit hundreds of kilowatts [13] at 9.6 µm and 10.6 µm, and are often used in industry for cutting and welding. The efficiency of a CO 2 laser is over 10%. Argon-ion lasers emit light in the range 351-528.7 nm. Depending on the optics and the laser tube a different number of lines is usable but the most commonly used lines are 458 nm, 488 nm and 514.5 nm. A nitrogen transverse electrical discharge in gas at atmospheric pressure (TEA) laser is an inexpensive gas laser producing UV Light at 337.1 nm. [14] Metal ion lasers are gas lasers that generate deep ultraviolet wavelengths. Helium-silver (HeAg) 224 nm and neon-copper (NeCu) 248 nm are two examples. These lasers have particularly narrow oscillation linewidths of less than 3 GHz (0.5 picometers), [15] making them candidates for use in fluorescence suppressed Raman spectroscopy. Chemical lasers Chemical lasers are powered by a chemical reaction, and can achieve high powers in continuous operation. For example, in the Hydrogen fluoride laser (2700-2900 nm) and the Deuterium fluoride laser (3800 nm) the reaction is the combination of hydrogen or deuterium gas with combustion products of ethylene in nitrogen trifluoride. They were invented by George C. Pimentel. 23
Excimer lasers Excimer lasers are powered by a chemical reaction involving an excited dimer, or excimer, which is a short-lived dimeric or heterodimeric molecule formed from two species (atoms), at least one of which is in an excited electronic state. They typically produce ultraviolet light, and are used in semiconductor photolithography and in LASIK eye surgery. Commonly used excimer molecules include F 2 (fluorine, emitting at 157 nm), and noble gas compounds (ArF [193 nm], KrCl [222 nm], KrF [248 nm], XeCl [308 nm], and XeF [351 nm]). [16] Solid-state lasers A 50 W FASOR, based on a Nd:YAG laser, used at the Starfire Optical Range Solid state laser materials are commonly made by doping a crystalline solid host with ions that provide the required energy states. For example, the first working laser was a ruby laser, made from ruby (chromium-doped corundum). Formally, the class of solid-state lasers includes also fiber laser, as the active medium (fiber) is in the solid state. Practically, in the scientific literature, solid-state laser usually means a laser with bulk active medium; while wave-guide lasers are caller fiber lasers. Neodymium is a common dopant in various solid state laser crystals, including yttrium orthovanadate (Nd:YVO 4 ), yttrium lithium fluoride (Nd:YLF) and yttrium aluminium garnet (Nd:YAG). All these lasers can produce high powers in the infrared spectrum at 1064 nm. They are used for cutting, welding and marking of metals and other materials, and also in spectroscopy and for pumping dye lasers. These lasers are also commonly frequency doubled, tripled or quadrupled to produce 532 nm (green, visible), 355 nm (UV) and 266 nm (UV) light when those wavelengths are needed. 24