Der Laser ist nach Kernenergie, Computern und Halbleitern eine weitere wichtige Erfindung der Menschheit seit dem 20. Jahrhundert. Es ist bekannt als „das schnellste Messer“, „das genaueste Lineal“ und „das hellste Licht“. Am 16. Mai 1960 erfand der amerikanische Physiker Theodore Maiman den ersten Laser der Welt. Zum ersten Mal hatte die Menschheit Zugang zu solch einer wundersamen Lichtquelle mit hervorragender Monochromatizität, hoher Kollimation und hoher Energiedichte. Seit der Erfindung des ersten Lasers im Jahr 1960 wurden Laser in großem Umfang in der Kommunikation, der Medizin, der industriellen Produktion, bei militärischen Waffen und anderen Bereichen eingesetzt und haben sich zu einer interdisziplinären Allzwecktechnologie entwickelt, die in vielen Bereichen enorme Auswirkungen auf die Forschung hatte und die Verbesserung der gesellschaftlichen Produktionseffizienz vorangetrieben hat. Was genau ist ein Laser? Und wie wird es hergestellt?
Laser ist ein Akronym für „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“ und bedeutet Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission. Als diese Technologie 1964 in China eingeführt wurde, prägte Herr Qian Xuesen diesen Namen dafür. Im Volksmund gibt es auch einen ziemlich beeindruckenden transkribierten Namen: „Leishe“. Bevor wir Laser verstehen, schauen wir uns zunächst an, was Licht ist.
Licht wird durch Photonen erzeugt. Im Jahr 1905 führte Albert Einstein in seiner Arbeit über den photoelektrischen Effekt erstmals das Konzept der Photonen ein. Photonen sind eines der Grundteilchen, aus denen Materie besteht. Photonen sind extrem klein und haben im Ruhezustand keine Masse. Nach den Prinzipien der Quantenmechanik gibt der entsprechende Atomkern ein Photon frei und erzeugt so Licht, wenn ein Elektron von einer äußeren Hülle mit höherer -Energie in eine innere Hülle mit niedrigerer -Energie fällt. Je mehr Schalen das Elektron durchdringt, desto größer ist die Energie des Photons. Dieser Vorgang ist reversibel; Wenn ein Photon einfällt, absorbiert der Atomkern das Photon und das Elektron bewegt sich, nachdem es Energie gewonnen hat, von einer inneren Schale mit niedrigerer Energie zu einer äußeren Schale mit höherer Energie.
Das Merkmal eines Lasers ist, dass sich alle seine Photonen gemeinsam mit der gleichen Wellenlänge und Phase bewegen. In einem Atomsystem bewegen sich Elektronen grundsätzlich in Schichten. Wenn ein Atom durch seine äußere Umgebung beeinflusst wird und hochenergetische Elektronen auf niedrigere Energieniveaus übergehen, gibt es zwei Phänomene: „spontane Emission“ und „stimulierte Emission“. Laser werden durch stimulierte Emission erzeugt. Einfach ausgedrückt ist ein Laser die „Lichtstrahlung“, die emittiert wird, wenn die Atome einer Substanz durch eine bestimmte „Pumpquelle“ „angeregt“ werden.
Ein Laser ist ein Gerät, das Laserlicht erzeugt und hauptsächlich aus einer Pumpquelle, einem Verstärkungsmedium und einem Resonanzhohlraum besteht. Die Pumpquelle ist die Anregungsquelle des Lasers und versorgt niederenergetische Elektronen mit Energie, um sie auf höhere Energieniveaus anzuregen. Zu den üblichen Pumpquellen gehören optische Anregung, Gasentladungsanregung, chemische Anregung und Kernenergieanregung. Der Resonanzhohlraum ist der Schaltkreis zwischen der Pumpquelle und dem Verstärkungsmedium und besteht normalerweise aus zwei Spiegeln mit spezifischen geometrischen Formen und optischen Reflexionseigenschaften, die auf eine bestimmte Weise kombiniert sind. Dadurch kann sich das angeregte Licht innerhalb des Hohlraums mehrmals hin und her bewegen, wodurch kohärente, anhaltende Schwingungen entstehen, die verstärkt werden und außerdem die Frequenz und Richtung des Lichtstrahls begrenzt werden. Das Verstärkungsmedium bezieht sich auf das Arbeitsmedium, das das Licht verstärkt.
Seit Einstein 1917 die stimulierte Emission vorschlug, verbrachten Wissenschaftler 43 Jahre unermüdlicher Forschung, bevor sie 1960 schließlich den ersten Laser der Welt entwickelten. Der Wissenschaftler Maiman von den Hughes Research Laboratories in Kalifornien beleuchtete einen Rubin mit einer hochintensiven Blitzlampe und regte die Chromatome im Rubin an, rotes Licht auszusenden. Durch das Bohren eines Lochs in die Oberfläche des Rubins, der mit einem reflektierenden Spiegel beschichtet war, konnte das rote Licht durch dieses Loch entweichen und einen hochkonzentrierten, schmalen roten Lichtstrahl erzeugen. Wenn dieser Strahl auf einen Punkt gerichtet würde, könnte er Temperaturen erreichen, die höher sind als die der Sonnenoberfläche. So entstand der weltweit erste Laser-der Rubinlaser- mit einer Wellenlänge von 0,6943 Mikrometern. Dies war der erste Laserstrahl, der jemals von der Menschheit erzeugt wurde.
