Lāzers ir vēl viens nozīmīgs cilvēces izgudrojums kopš 20. gadsimta, kas seko kodolenerģijai, datoriem un pusvadītājiem. Tas ir pazīstams kā "ātrākais nazis", "visprecīzākais lineāls" un "spilgtākā gaisma". 1960. gada 16. maijā amerikāņu fiziķis Teodors Maimans izgudroja pasaulē pirmo lāzeru. Pirmo reizi cilvēcei bija pieejams tik brīnumains gaismas avots ar izcilu monohromatitāti, augstu kolimāciju un augstu enerģijas blīvumu. Kopš pirmā lāzera izgudrošanas 1960. gadā lāzeri ir plaši izmantoti sakaros, medicīnā, rūpnieciskajā ražošanā, militārajos ieročos un citās jomās, kļūstot par starpdisciplināru vispārējas nozīmes-tehnoloģiju, kurai ir bijusi milzīga ietekme uz pētniecību daudzās jomās un kas ir veicinājusi sociālās ražošanas efektivitātes uzlabošanos. Tātad, kas īsti ir lāzers? Un kā tas tiek ražots?
Lāzers ir akronīms vārdam "Gaismas pastiprināšana ar stimulētu starojuma emisiju", kas nozīmē gaismas pastiprināšanu, ko izraisa stimulēta starojuma emisija. Kad šī tehnoloģija tika ieviesta Ķīnā 1964. gadā, Cjaņs Sjuesens tai izdomāja šo nosaukumu. Populārajā lietojumā tam ir arī diezgan iespaidīgs transliterēts nosaukums "leishe". Pirms izprast lāzerus, vispirms apskatīsim, kas ir gaisma.
Gaismu ražo fotoni. 1905. gadā Alberts Einšteins pirmo reizi iepazīstināja ar fotonu jēdzienu savā darbā par fotoelektrisko efektu. Fotoni ir viena no pamatdaļiņām, kas veido vielu. Fotoni ir ārkārtīgi mazi un miera stāvoklī tiem nav masas. Saskaņā ar kvantu mehānikas principiem elektronam nokrītot no augstākas-enerģijas ārējā apvalka uz zemākas-enerģijas iekšējo apvalku, atbilstošais atoma kodols atbrīvo fotonu, tādējādi radot gaismu. Jo lielākam čaulu skaitam elektrons izkrīt, jo lielāka ir fotona enerģija. Šis process ir atgriezenisks; kad krīt fotons, atoma kodols absorbē fotonu, un elektrons, ieguvis enerģiju, pārvietojas no zemākas-enerģijas iekšējā apvalka uz augstākas{10}}enerģijas ārējo apvalku.
Lāzera īpašība ir tāda, ka visi tā fotoni pārvietojas kopā ar vienādu viļņa garumu un fāzi. Atomu sistēmā elektroni būtībā pārvietojas slāņos. Kad atomu ietekmē tā ārējā vide un augstas-enerģijas elektroni pāriet uz zemākiem enerģijas līmeņiem, pastāv divas parādības: "spontāna emisija" un "stimulētā emisija". Lāzeri tiek ražoti, izmantojot stimulētu emisiju. Vienkārši sakot, lāzers ir "gaismas starojums", kas tiek izstarots, kad vielas atomi tiek "uzbudināti" ar noteiktu "sūknēšanas avotu".
Lāzers ir ierīce, kas ģenerē lāzera gaismu, galvenokārt sastāv no sūkņa avota, pastiprināšanas vides un rezonanses dobuma. Sūkņa avots ir lāzera ierosmes avots, kas nodrošina enerģiju zemas-enerģijas elektroniem, lai tos ierosinātu līdz augstākam enerģijas līmenim. Parastie sūkņu avoti ir optiskā ierosme, gāzizlādes ierosme, ķīmiskā ierosme un kodolenerģijas ierosme. Rezonanses dobums ir ķēde starp sūkņa avotu un pastiprināšanas vidi, kas parasti sastāv no diviem spoguļiem ar īpašām ģeometriskām formām un optiskā atstarošanas raksturlielumiem, kas apvienoti noteiktā veidā. Tas ļauj ierosinātajai gaismai vairākas reizes pārvietoties uz priekšu un atpakaļ dobumā, veidojot saskaņotas, ilgstošas svārstības, kas tiek pastiprinātas, kā arī ierobežojot gaismas stara frekvenci un virzienu. Pastiprinājuma vide attiecas uz darba vidi, kas pastiprina gaismu.
Kopš 1917. gadā Einšteins ierosināja stimulēt emisiju, zinātnieki pavadīja 43 gadus nerimstošu izpēti, līdz 1960. gadā beidzot radīja pasaulē pirmo lāzeru. Zinātnieks Maimans no Hughes Research Laboratories Kalifornijā izmantoja augstas -intensitātes zibspuldzes lampu, lai apgaismotu rubīnu, rosinot hroma atomus rubīna gaismā. Izurbjot caurumu rubīna virsmā, kas bija pārklāta ar atstarojošu spoguli, sarkanā gaisma varēja izkļūt caur šo caurumu, radot ļoti koncentrētu, šauru sarkanās gaismas staru. Kad šis stars bija vērsts uz punktu, tas varēja sasniegt temperatūru, kas bija augstāka par saules virsmu. Tā radās pasaulē pirmais lāzers-rubīna lāzers-ar viļņa garumu 0,6943 mikrometri. Šis bija pirmais cilvēces radītais lāzera stars.
