Veikimas
Supaprastinta lazerio konstrukcija:
1. Aktyvioji terpė
2. Lazerio kaupinimo energija
3. Stipriai atspindintis veidrodis
4. Iš dalies skaidrus veidrodis. Kartu su (3) sudaro optinį rezonatorių.
5. Lazerio spindulys

Vienos iš pagrindinių lazerio sudedamųjų dalių yra aktyvioji terpė ir optinis rezonatorius. Aktyviojoje terpėje, tam tikro dydžio, koncentracijos, formos ir grynumo medžiagoje, išorinės energijos pagalba generuojama ir stiprinama šviesa. Tai vadinama priverstiniu spinduliavimu. Terpei energijos suteikia išorinis energijos šaltinis, vadinamas kaupinimo šaltiniu. Aktyvioji terpė sugeria kaupinimo energiją, dėl to dalis jos dalelių (pvz., atomų) elektronų pakyla į aukštesnius energetinius lygmenis, t. y. dalelės tampa sužadintomis. Kaupinimo šaltiniu gali būti išlydžio lempa, kitas lazeris ir kt. Optinio kaupinimo metu dalelės, sąveikaudamos su šviesa, gali sugerti fotonus ir juos perspinduliuoti. Fotonų perspinduliavimas gali būti spontaniškas arba priverstinis, t. y. stimuliuotasis. Kai kaupinimo metu dalelių sužadintoje būsenoje skaičius viršija žemesnių energijos būsenų dalelių skaičių, yra pasiekiama užpildos apgrąža ir priverstiniam spinduliavimui tenkantis perspinduliuotų fotonų kiekis dėl šviesos, praeinančios aktyviąją terpę, tampa didesnis, nei tenkantis savaiminiam. Dėl šios priežasties šviesa yra stiprinama. Reikia nepamiršti, jog šiuo atveju sužadintas daleles perspinduliuoti fotonus priverčia ne tik kaupinimo šaltinio fotonai, bet jau ir pačios medžiagos perspinduliuoti ir į aktyviąją terpę optinio rezonatoriaus veidrodžių sugražinti fotonai.

Tokiu būdu išspinduliuota šviesa yra koherentiška, t. y. to paties bangos ilgio, fazės ir poliarizacijos.

Dar vienas svarbus lazerio komponentas yra optinis rezonatorius. Jo pagalba vyksta spinduliuojamo šviesos pluošto formavimas, galios kontroliavimas. Iš rezonatoriaus šviesa, priklausomai nuo lazerio konstrukcijos, gali būti išleidžiama nuolatiniame pastovios amplitudės ar impulsiniame režime. Impulsinio veikimo būdu galima pasiekti žymiai didesnę spinduliavimo galią.

Nuolatinė ir impulsinė veika

Lazeriai gali būti konstruojami taip, jog spinduliuotų arba ilgą pastovų impulsą, arba trumpų impulsų seką. Nuolatinės ir impulsinės veikos lazerių sandara gerokai skiriasi, tačiau šviesos generavimo principas išlieka toks pat. Nuolatinės veikos režime lazerio išspinduliuojamas šviesos impulsas yra beveik pastovus laiko atžvilgiu. Užpildos apgraža, reikalinga šviesos generacijai ir stiprinimui, yra nuolat palaikoma kaupinimo šaltinio. Impulsinės veikos režime išspinduliuojamas šviesos impulsas kinta laike, t. y. suformuojama trumpų šviesos impulsų vora. Tai daroma kuomet reikia pyyyypupti kuo daugiau energijos tam tikroje vietoje per kuo trumpesnį laiką.

Impulsinė lazerio veika pasiekiama keliais būdais:

* Modų sinchronizacija (angl. Mode-locking). Šiuo atveju lazeriuose generuojami impulsai nuo 10-9 iki 10-15 s, o galia gali siekti 1012 W. Galia tuo didesnė, kuo daugiau modų sinchronizuojama.
* Kokybės moduliacija (angl. Q-switching). Šis būdas įgyvendinamas į lazerio rezonatorių patalpinus tam tikrus elementus, moduliuojančius optinio rezonatoriaus kokybę. Gaunami 10-7–10-9 s trukmės ir iki 106 W galios impulsai.
* Impulsinis kaupinimas. Tai metodas, kai impulsinė lazerio veika gaunama impulsiniu kaupinimu. Tokio kaupinimo šaltiniu gali būti blykstė ar kitas impulsinės veikos lazeris.

Lazerių tipai
Kietojo kūno Nd:YAG lazeris, generuojantis 532 nm bangos ilgio žalią šviesą.

Lazeriai yra skirstomi pagal aktyvios terpės tipą (trijų/keturių lygmenų lazeriai), lazerinio kaupinimo būdą (elektrinis/optinis) bei optinio rezonatoriaus formą (stabilūs/nestabilūs). Dažniausiai sutinkamas skirstymas pagal aktyviosios terpės medžiagą:


Kietojo kūno Nd:YAG lazeris, generuojantis 532 nm bangos ilgio žalią šviesą.

* dujinius
o cheminius
o eksimerinius
* kietojo kūno
o šviesolaidinius
o plonojo disko
* puslaidininkinius
* dažų
* laisvųjų elektronų

Pritaikymas

Lazeriai naudojami daugelyje sričių: kasdienėje buityje moksle, medicinoje, pramonėje, pramogoms, kariniais tikslais ir kt. Vienas iš pirmųjų lazerio pritaikymų kasdieniniame naudojime yra brūkšninio kodo skaitytuvas, pirmą kartą pristatytas 1974 m. 1978 m. pasirodė LaserDisc grotuvas, o 1982 m. pasirodžius kompaktinių diskų grotuvams ir vėliau – lazeriniams spausdintuvams, lazerių naudojimas įvairiose srityse ėmė smarkiai didėti.

Kai kurios lazerių pritaikimo sritys:

* Medicina: chirurgija, akių, dantų gydymas, inkstų akmenligės gydymas.
* Pramonė: virinimas, pjaustymas, detalių žymėjimas, graviravimas, medžiagų šiluminis apdirbimas.
* Gynyba (karo pramonė): taikinių žymėjimas, priešraketinė gynyba, LIDAR.
* Moksliniai tyrimai: spektroskopija, abliacija, grūdinimas, lazerinė sklaida, skaitmeninė holografija.
* komercinis pritaikymas: lazeriniai spausdintuvai, CD, DVD ir kitų optinių diskų grotuvai, brūkšninio kodo skaitytuvai, hologramos ir kt.
* Statybos: niveliavimas, statybinių mašinų valdymas ir pan.

Lazerių sauga


Visi 2–4 klasės lazeriai privalo būti pažymėti šiuo įspėjamuoju ženklu ir papildomu prierašu apie pavojų sveikatai.

Kadangi lazerio pluoštas yra didelio koherentiškumo ir mažos erdvinės skėsties, žmogaus akies ragena ir lęšiukas gali sufokusuoti spindulį į labai mažą tašką ant tinklainės. Dėl to ta vieta akimirksniu gali būti išdeginta, o padaroma žala – neištaisoma. Lazeriai pagal galią klasifikuojami į kelias saugumo klases (su poklasėm) nuo 1 (saugūs) iki 4 (net išsklaidyta šviesa gali pakenkti akims ar odai). Pagal senąją klasifikaciją jie žymimi nuo I iki IV, kur didesnis romėniškas skaičius žymi didesnę galimą žalą ir pavojų. Lazeriniai produktai, skirti vartotojams, pvz., CD grotuvai ar lazeriniai žymekliai dažniausiai yra 1, 2 ir 3 klasės. Kai kurie infraraudonųjų spindulių lazeriai (apytiksliai virš 1,4 mikrometro bangos ilgio) dažnai laikomi saugūs akims. Taip yra dėl to, jog vidinės molekulinės vandens molekulių vibracijos smarkiai sugeria šios spektro dalies šviesą. Taigi tokio bangos ilgio lazerio pluoštas yra slopinamas ragenoje ir šviesa beveik nepasiekia tinklainės. Reikia nepamiršti, jog tai gali būti taikoma tik tam tikriems labai mažos galios lazeriams. Bet kurie kiti didelės galios ar impulsiniai infraraudonųjų spindulių lazeriai taip pat gali išdeginti akies tinklainę.