Laseren er en annen viktig oppfinnelse av menneskeheten siden det 20. århundre, etter atomenergi, datamaskiner og halvledere. Den er kjent som «den raskeste kniven», «den mest nøyaktige linjalen» og «det skarpeste lyset». Den 16. mai 1960 oppfant den amerikanske fysikeren Theodore Maiman verdens første laser. For første gang hadde menneskeheten tilgang til en slik mirakuløs lyskilde med utmerket monokromaticitet, høy kollimasjon og høy energitetthet. Siden oppfinnelsen av den første laseren i 1960 har lasere blitt mye brukt i kommunikasjon, medisin, industriell produksjon, militære våpen og andre felt, og har blitt en tverrfaglig generell-teknologi som har hatt en enorm innvirkning på forskning på mange områder og har fremmet forbedring av sosial produksjonseffektivitet. Så, hva er egentlig en laser? Og hvordan produseres det?
Laser er et akronym for "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", som betyr lysforsterkning forårsaket av stimulert emisjon av stråling. Da denne teknologien ble introdusert til Kina i 1964, laget Mr. Qian Xuesen dette navnet for den. I populær bruk har den også et ganske imponerende translitterert navn, "leishe". Før vi forstår lasere, la oss først se på hva lys er.
Lys produseres av fotoner. I 1905 introduserte Albert Einstein først konseptet fotoner i sin artikkel om den fotoelektriske effekten. Fotoner er en av de grunnleggende partiklene som utgjør materie. Fotoner er ekstremt små og har ingen masse når de er i ro. I henhold til kvantemekanikkens prinsipper, når et elektron faller fra et ytre skall med høyere-energi til et indre skall med lavere-energi, frigjør den tilsvarende atomkjernen et foton, og produserer dermed lys. Jo større antall skjell elektronet faller gjennom, jo større energi har fotonet. Denne prosessen er reversibel; når et foton faller inn, absorberer atomkjernen fotonet, og elektronet, etter å ha fått energi, beveger seg fra et indre-skall med lavere energi til et ytre skall med høyere-energi.
Karakteristikken til en laser er at alle fotonene beveger seg sammen med samme bølgelengde og fase. I et atomsystem beveger elektroner seg i hovedsak i lag. Når et atom påvirkes av dets ytre miljø, og høye-elektroner går over til lavere energinivåer, er det to fenomener: «spontan emisjon» og «stimulert emisjon». Lasere produseres gjennom stimulert emisjon. Enkelt sagt er en laser "lysstrålingen" som sendes ut når atomene til et stoff "eksiteres" av en spesifikk "pumpekilde".
En laser er en enhet som genererer laserlys, hovedsakelig sammensatt av en pumpekilde, et forsterkningsmedium og et resonanshulrom. Pumpekilden er eksitasjonskilden til laseren, og gir energi til elektroner med lav-energi for å eksitere dem til høyere energinivåer. Vanlige pumpekilder inkluderer optisk eksitasjon, gassutladningseksitasjon, kjemisk eksitasjon og kjerneenergieksitasjon. Resonanshulrommet er kretsen mellom pumpekilden og forsterkningsmediet, vanligvis bestående av to speil med spesifikke geometriske former og optiske refleksjonsegenskaper kombinert på en bestemt måte. Dette gjør at det eksiterte lyset kan bevege seg frem og tilbake flere ganger i hulrommet, og danner sammenhengende, vedvarende oscillasjoner som forsterkes, og begrenser også frekvensen og retningen til lysstrålen. Forsterkningsmediet refererer til arbeidsmediet som forsterker lyset.
Siden Einstein foreslo stimulert utslipp i 1917, brukte forskere 43 år med nådeløs utforskning før de til slutt skapte verdens første laser i 1960. Forskeren Maiman, fra Hughes Research Laboratories i California, brukte en høy-blitslampe for å lyse opp en rubin, noe som spenner rødt i rubin-atomet i chromium. Ved å bore et hull i overflaten av rubinen, som var belagt med et reflekterende speil, kunne det røde lyset slippe ut gjennom dette hullet, og produsere en svært konsentrert, smal stråle av rødt lys. Når denne strålen ble rettet mot et punkt, kunne den nå temperaturer høyere enn solens overflate. Dermed ble verdens første laser-rubylaseren-født, med en bølgelengde på 0,6943 mikrometer. Dette var den første laserstrålen noensinne produsert av menneskeheten.
