Лазер (англ. laser, сокр. от Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation — «Усиление света при помощи принужденного излучения») — устройство, использующее квантовомеханический эффект принужденного (стимулированного) излучения для сотворения когерентного потока света. Луч лазера может быть непрерывным, с неизменной амплитудой, либо импульсным, достигающим экстремально огромных пиковых мощностей. В почти всех конструкциях рабочий элемент лазера употребляется в качестве оптического усилителя для излучения от другого источника. Усиленный сигнал с ювелирной точностью совпадает с начальным по длине волны, фазе и поляризации, что очень принципиально в устройствах оптической связи.
Обыденные источники света, такие как лампа накаливания, источают свет в различных направлениях с широким спектром длин волн. Большая часть из их также некогерентны, другими словами фаза излучаемой ими электрической волны подвержена случайным флуктуациям. Излучение обыденного источника не может, в отсутствие внедрения особых мер, дать устойчивую интерференционную картину. Не считая того, излучение нелазерных источников обычно не обладает фиксированной поляризацией. Напротив, излучение лазера монохроматично и когерентно, другими словами имеет постоянную длину волны и прогнозируемую фазу, также отлично определённую поляризацию.
С иной стороны, некие типы лазеров, к примеру жидкостные лазеры на смесях красителей либо полихроматические твердотельные лазеры, могут генерировать целый набор частот (мод оптического резонатора) в широком спектральном спектре; это свойство делает вероятной генерацию сверхкоротких импульсов порядка нескольких фемтосекунд (10-15 с) при помощи синхронизации мод.
Лазеры сделаны на стыке 2-ух наук — квантовой механики и термодинамики, однако, практически, многие типы лазеров были сделаны способом проб и ошибок.
1-ый работающий лазер был изготовлен Теодором Майманом в 1960 году в исследовательской лаборатории компании Хьюза (Hughes Aircraft), которая находилась в Малибу, штат Калифорния с привлечением групп Таунса из Колумбийского Института и Шалоу из компании Bell laboratories. Майман использовал рубиновый стержень с импульсной накачкой, который давал красноватое излучение с длиной волны 694 нанометра. Приблизительно тогда же иранский физик Али Яван представил газовый лазер. Позже за свою работу он получил премию имени Альберта Эйнштейна.
Основная мысль работы лазера заключается в инверсии электрической населённости путём «накачки» рабочего тела энергией, подводящейся к нему, к примеру, в виде световых либо электронных импульсов. Рабочее тело помещается в оптический резонатор, при циркуляции волны в каком её энергия экспоненциально растет благодаря механизму принужденного излучения. При всем этом энергия накачки должна превосходить определённый порог, по другому утраты в резонаторе будут превосходить усиление и выходная мощность будет очень мала.
Гелий-неоновый лазер. Светящийся луч в центре — это не фактически лазерный луч, а электронный разряд, порождающий свечение, подобно тому, как это происходит в неоновых лампах. Луч проецируется на экран справа в виде светящейся красноватой точки.
Инверсия электрической населённости также лежит в базе работы мазеров, которые принципно похожи на лазеры, однако работают в микроволновом спектре. 1-ые мазеры были изготовлены в 1953-1954 гг. Н. Г. Басовым, А.М. Прохоровым, также независимо от их американцем Ч. Таунсом и его сотрудниками. В отличие от квантовых генераторов Басова и Прохорова, которые отыскали выход в использовании более чем 2-ух энергетических уровней, мазер Таунса не имел возможность работать в неизменном режиме. В 1964 году Басов, Прохоров и Таунс получили Нобелевскую премию по физике «За основополагающую работу в области квантовой электроники, позволившую сделать генераторы и усилители, основанные на принципе мазера и лазера».
Излучение лазера может быть так массивным, что им есть возможность резать сталь и другие металлы. Невзирая на то, что луч лазера есть возможность сфокусировать в очень небольшую точку, она всегда будет иметь конечный ненулевой размер вследствие дифракции. С иной стороны, размер сфокусированного лазерного луча всегда будет существенно меньше луча, сделанного хоть каким другим методом. К примеру, луч маленького лабораторного гелий-неонового лазера разойдётся всего приблизительно на 1,5 километра на расстоянии от Земли до Луны. Естественно, некие лазеры, отдельно полупроводниковые, благодаря малым размерам, делают очень расходящийся луч. Но эту делему есть возможность решить применением линз.
Первоисточники: