Làser

LÀSER
El làser (acrònim anglès de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation «amplificació de llum per emissió estimulada de radiació») és una font de llum que utilitza un efecte quàntic, l'emissió estimulada, per emetre un raig de llum coherent i normalment d'alta monocromaticitat i direccionalitat. Aquestes propietats el diferencien d'altres fonts de llum habituals, que emetensempre llum incoherent o de molt baixa coherència. El primer làser funcional va ser un làser de robí, creat per Theodore H. Maiman el 1960 en el laboratori Hughes de Malibú, Califòrnia, i des de llavors ha conegut un desenvolupament extraordinari, i s'ha introduït en nombroses aplicacions, des dels lectors de CD o lectors de codi de barres fins a sofisticats experiments de recerca en física. Perextensió, la llum emesa per un làser s'anomena llum làser.
Principi de funcionament
Tot làser es basa en dos fenòmens físics que es produeixen gràcies a dos elements que el formen: un és el procés d'emissió estimulada que té lloc a l'anomenat medi actiu (el medi que provoca l'emissió làser) i l'altre el procés d'amplificació i interferència que té lloc a la cavitat ressonant.
Quan un fotóinteracciona amb un àtom es poden produir dos fenòmens: l'absorció o l'emissió estimulada. En el primer cas el fotó és absorbit per l'àtom i aquest augmenta la seva energia (un electró puja a un nivell energètic superior). En el segon cas l'àtom disminueix la seva energia (un electró baixa a un nivell energètic inferior) i emet un fotó d'energia, longitud d'ona, direcció i fase idèntiques a les del fotóincident, de manera que abans de la interacció teníem un fotó i després en tenim dos d'idèntics. En el medi actiu del làser s'aconsegueix, jugant hàbilment amb els nivells electrònics dels àtoms, que el procés d'emissió estimulada superi el procés d'absorció; aquesta situació s'anomena inversió de població, és a dir, hi ha més àtoms en estats excitats que en estats de menor energia, de manera quesi inicialment partim d'un sol fotó, després de passar a través del medi actiu n'haurem obtingut una quantitat considerable. Per aconseguir la inversió de població cal subministrar energia al medi actiu, procés que s'anomena bombament i s'aconsegueix amb una descàrrega elèctrica o llum (un flaix, un altre làser, etc.).
En aquest punt és on entra en joc la cavitat ressonant o interferòmetre.Aquesta consisteix, en la majoria de tipus més simples de làsers, simplement en dos miralls col·locats als extrems del medi actiu; un d'aquests miralls és perfectament reflector i l'altre deixa passar una certa quantitat de llum, aquesta part de la llum és precisament la que surt del làser, la que es pot veure i utilitzar. La importància dels miralls rau en el fet que si no hi hagués miralls el feix dellum que s'està amplificant només passaria una vegada per l'interior del medi actiu; en canvi, col·locant els miralls es confina el feix de llum i està obligat a realitzar un camí d'anada i tornada entre els miralls; a cada pas pel medi actiu el feix s'amplifica cada vegada més gràcies a l'emissió estimulada. Jugant hàbilment amb la distància entre miralls i la seva reflectivitat s'aconsegueixl'equilibri entre l'amplificació del feix i la pèrdua d'energia a través del mirall (la llum útil aprofitable que emet). El procés d'emissió làser pot resumir-se amb l'esquema que es presenta a continuació:
El bombament excita àtoms i ens crea inversió de població: més àtoms en estats excitats que en estats de menor energia.
Els àtoms retornen a un estat inferior d'energia per emissió espontània,emetent fotons de qualsevol fase i en qualsevol direcció. La majoria d'aquests fotons es perden sense més efecte.
Algun dels fotons emesos surt aleatòriament en la direcció de l'eix de la cavitat ressonant i queda confinat pels miralls, viatjant endavant i endarrere per la cavitat.
En aquest "viatge" provoca l'emissió estimulada de nous fotons en interaccionar amb els àtoms del medi actiu (que...