Laserid

Laseris tekitatakse umbes sünkroonse lainefaasiga valgust. Elektroni ergastusest kulub valguse tekkeni ~10^-8 sekundit. Stimuleerides korraga palju osakesi saab korraga palju footoneid ja kui neid kahe peegli vahel edasi tagasi peegeldada, siis interferentsiga saavad lained liituda.


Otsene vähese kõrvalekaldega kiir saavutatakse kahe paralleelse peegliga, mis peegeldavad omavahel valgust. Tagumine peegel tehakse täielikult peegeldavaks kuid laserkiirt läbilaskev peegel on ~80-99% peegeldav ja ~1-20% läbipaistev. Peegeldumisega võimendatakse kindlasuunalisi sama lainefaasiga footoneid ning kõrvalekalduvad kiired neelduvad seintes.


Footoneid eraldavatel ainete elektronidel võib olla mitu energiataset mis tekitavad erineva lainepikkusega valgust. Nende vahel saab valida diffraktsioonivõre või prisma abil mis suunavad eri lainepikkusega footoneid eri suundades. Muutes nende nurka saab soovitud lainepikkusega footoneid suunata põhilisele väljuvale kiirele ning saata teised neeldumisele.

Eksimeer (ergastatud dimeer) laseris kasutatakse kahe aatomilise molekuli ergastamist sinise ja UV valguse tekitamiseks. Tavaliseks dimeeriks on XeF või teised väärisgaasi ja halogeeni kombinatsioonid. Sellised molekulid tekivad ainult ergastatud olekus lagunedes footoni kiirgamise järel. Need vajavad ka energiakulukat stimuleerimist mida saavutatakse tavaliselt energilise elektronkiire saatmisega. Kiire lagunemise tõttu ei neeldu vabanenud footonid molekulides.

Teistsuguse ergastusviisiga on vaba elektroni laser (free electron laser). Selles pandakse elektronkiir magnetvälja mõjul vaheldumisi ühes ja teises suunas pöörama, mis tekitab footonite eritumist. Tekitatud lainepikkust saab reguleerida 100 nanomeetri ja 1 cm vahel.

Süsihappegaasi laserid sobivad püsivate üle 10 kilovatise võimsusega laserkiirte tekitamiseks. Selle kiired jäävad infrapuna vahemikku omamata nähtavas valguse sagedust kuid need sobivad samas keevitamiseks ja metalli lõikamiseks.

Neodüüm laserid sobivad püsiva mitme kilovatise kiire tekitamiseks. Termotuumareaktsioonide uuringutes tekitatakse sellega lühiajalisi kuni miljardi kilovatiseid kiiri. Kiire enda kestvus võib samas olla 10^-12 sekundit.

Laserspektroskoopias tuvastatakse ainete koostist valgustades neid erinevate lainepikkustega mõõtes seejuures neelduvaid või kiirgavaid lainepikkuseid. See meetod tekkis pärast värvlaserite (dye laser) leiutamist, kus värvi tekitamiseks kasutatakse orgaanilisi aineid, mida lastakse laseri sees oleva orgaanilise lahusti sisse.

Fiiberoptilistes kaablites kasutatakse valgussignaalide tekitamiseks LED valgusteid või lasereid. Laserid on paremad kitsama sagedusvahemiku tõttu mis säilitab signaallainet ühtlasemana võimaldades ~10 korda tihedamalt signaale saata enne kui need hakkavad omavahel segamini minema. Telefonikõnesid edastavad laserdioodid on umbes liivatera suurused ja võimsusega alla poole millivati saates selle abil 50 miljonit signaali sekundis.

Üks võimsaimaid lasereid on Nova, mis kasutab kümmet kiirt. Termotuumareaktsioonide katsetes sihiti selle kümme kiirt 1 mm diameetriga sihtmärgi peale ja nanosekundiga saadavad need 100 000 dzauli energiat, millest pole piisanud tuumade liitmiseks. Kuna vatt võrdub energiakuluga dzaul sekundi kohta, siis energikulu ja selleks kulunud aeg sekundites annab selle võimsuseks 10¹⁴ vatti.
Kasutades valguse rõhu valemit kiirguse võimsus jagatud valguse kiirus=kiirguse rõhk paskalites saab Nova laseri surveks vähemalt~30 000 paskalit ehk 0,3 atmosfääri.

Ühe variandina saab laseri valguse tekitamiseks kasutada laserdioodi, mis on p-n transistor. Nendes olev p materjal neelab elektrone ja kiirgab selle käigus kindla lainepikkusega footoneid.

Klippe laseritest. 1) 35 millivatine laser võib mustast kilest läbi lõigata. 100 mW saab tikuotsa ~5 sekundiga põlema. 2) 1 vatine laser süütab puitu ja läbib mõne sekundiga CD karbi. 3) 150 vatine laser võib kiiresti 1,2 millimeetrisest terasest läbi lõigata. 4) 5000 vatise laseriga saab lõigata 2,5 cm terast kiirusega paar millimeetrit sekundis.