Laser

Laser

(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)

Inledning

Begreppet laser förekommer i många sammanhang, men vad är egentligen laser, finns det flera former av laser och i så fall vilket syfte har de olika varianterna? Vad används laser till? Den här rapporten skall försöka göra det något lättare att begripa vad begreppet laser handlar om och var utvecklingen är på väg.

Historia.

Den som först upptäckte grunden på hur laser fungerar idag var Albert Einstein. Han gav ut sina uppgifter redan 1917 men av tekniska skäl kunde han inte visa hur hans nya teorier fungerade. 1958 kunde två forskare vid namn Schawlow och Tawers för första gången beskriva på ett ungefär hur en laser skulle vara uppbyggd. Fysikern Theodore Maiman demonstrerade två år senare laser för första gången. Det var med en rubinlaser som han konstruerat själv vid Hughes Research Laboratorium i Malibu, Kalifornien samma år. Den byggdes med en stav av konstgjord rubin som lasermedium. Ingen visste exakt hur en laserstråle såg ut. Maiman visste bara med teoretiska beräkningar att rubinlasern skulle ge ett rött ljus. Det röda ljus som han såg med bara blotta ögat kunde lika gärna vara rött fluorescensljus från spontan utsändning av strålning i rubinkristallen. Så därför utförde Maiman två experiment för att få det bekräftat att det verkligen var laserljus som han och hans kollegor såg, och efter att de utfört experimenten kunde de med säkerhet veta att det var laserljus som de såg. På 1960-talet utvecklades lasrar som använde sig av Q-switching vilket ökade möjligheten att utveckla väldigt starka lasrar. Q-switching är en metod som gör lasern synlig och mycket kraftigare.

Hur fungerar en laser?

Laserljus kan framställas på flera olika sätt, det här är det vanligaste: Man tar ett rör, sätter en spegel i vardera änden av röret och fyller detta med argongas. En av speglarna reflekterar inte ljuset till 100% utan kommer senare att släppa igenom laserstrålen.

Man placerar en bit in från var sin ände av röret en anod(positiv) och en katod(negativ). När man utsätter argongasen för en elektrisk ström kommer elektronerna att hoppa upp en skala på energitrappan för att sedan återvända dit dom kom ifrån. Det är då elektronerna avger fotoner. Det som händer nu är att det blir en kedjereaktion. Varje foton som krockar med en annan fortätter i samma riktning som den fotonen den krockade med. I samma riktning menas med att de har samma våglängd och att de svänger i fas.

Nu studsar fotonerna mellan speglarna, helt parallellt, och ger upphov till fler och fler fotoner, till slut är ljuset så intensivt att det tränger ut genom den ickereflekterande spegeln. Det är det som är laserstrålen. Vad som bestämmer laserljusets färg (våglängd) är beroende på vilken gas man använder och hur mycket energi som tillsätts. Allt från UV (ultraviolett) till IR (infrarött) kan genereras med en laser.

Användningsområden.

Laser används idag inom många områden t.ex. medecin, informationsteknologin, astronomi (mätning), kemi, fysik, teknik, biologi mm. Lasern får hela tiden nya arbetsfält. Beroende på vad lasern ska användas till kan våglängder och styrka variera. En laser på ett nöjesställe  behöver inte vara exakt vad gäller våglängd eller styrka, vid arbete inom kirurgin däremot ställs högre krav på laserns noggrannhet.

När man använder laser för att skära i vävnad utnyttjar man ljusenergin i strålen till att värma upp och förånga den delen av vävnaden man vill ha bort. Fördelen är den att själva området för behandlingen aldrig vidrörs, på så sätt minskar infektionsrisken avsevärt jämfört med ett traditionellt snitt med t ex skalpell. Värmen bidrar även till att blodet koagulerar, vilket gör att man minskar eller helt undviker blödningar. Detta gör att laserbehandlingar är väldigt populära inom skönhetsindustrin, en patient kan få behandling mot rynkor, åderbråck eller liknande. och återvända hem, efter ett ingrepp som endast påminner om några stick från en nål, redan efter någon timme.

Ögonoprationer görs nu på löpande band tack vare laserns precision. Närsynthet kan korrigeras genom att ett ca 6mm brett och väldigt tunt område av hornhinnan skärs ut och viks undan, därefter putsas den underliggande ytan med en IR-laser, endast några tusendels millimetrar behövs tas bort för att få ett normalt seende. Det är ljusenergin som absorberas av vävnaden i kombination med det korta tidsintervall behandlingen pågår som gör laserkirurgin så effektiv.

En laser kan användas för att mäta t.ex. luftföroreningar. Ett flygplan eller en helikopter kan lysa från en bestämd höjd ned till en mottagare på marken, vet man sedan ett visst ämnes, eller ämnens ljusabsorberingsförmåga kan man räkna ut hur mycket, eller vilka ämnen, som finns i luften.

Man kan mäta avstånd med laser. 1 meter är den sträcka ljuset hinner på 1 / 299 792 458 sek. Det är på det viset man mäter avstånd. Man skickar ut en laserstråle mot ett objekt, sen mäter man hur lång tid det tar för ljuset att reflekteras tillbaks. Tar det då 1 / 299 792 458 sek för ljuset att reflekteras tillbaks så är det en meter till föremålet (dubbelt så lång tid eftersom det måste fram och tillbaks).

Vilka sorters lasrar finns det då?

Det finns lasrar med fast, flytande eller gasformigt medium och som genererar kontinuerligt eller pulsat laserljus. Alla har olika karakteristik. Den sorten jag kommer att ta upp är uteslutande den för kontinuerligt laserljus. Den variant som hittills har varit den mest förekommande är Helium Neon (HeNe) lasern, men på senare år har diodlasern (pekljus, vattenpass, CD-spelare) börjat konkurrera med den föregående som utmärker sig genom sin våglängds-stabilitet, vilket kan vara avgörande inom sjukvården t.ex. En HeNe-laser som är avsedd att generera laserljus med en våglängd på 633nm gör också det även vid temperaturskillnader vilket en diodlaser har problem med. Endast en skillnad på några få grader kan göra att avvikelser på flera nm uppkommer hos en diodlaser.

Medierna som används skiljer sig från varandra genom att förutom producera olika våglängder så är den ljuseffekt man får ut väldigt varierande. En del kräver flera kilovolt för att producera några milliwatts laserljus medan andra nöjer sig med t.ex. ett ficklampsbatteri på 1,5V. Naturligtvis skiljer sig kvalitén på dessa laserljus. Det medium (HnNe) som kräver x antal kilovolt är i detta fall relativt okänslig för temperaturförändringar och genererar därför en mycket våglängds-stabil stråle, vilket inte är fallet med lasern som drivs av ficklampsbatteriet (diodlasern).

HeNe lasrar har en livslängd på ca 10,000-40,000 timmar beroende på rörstorleken desto mindre rör ju kortare livslängd. Diodlasrar där emot har ca 50,000 timmar på sig att göra nytta. Diodlasern genererar en mycket liten laserstråle på ungefär 1mikrometer i diameter, men det fixar man till med linser som förstorar eller förminskar laserstrålen.

En vanlig effekt på lasrar mätts som tidigare nämnts oftast i mW, men en laser som benämns DPSS och är en form av diodlaser och där är effekter på 5-10 watt inte ovanliga. Pulserande lasrar kan nå effekter på MW eller TW.

De laservarianter jag har tagit upp här är av modeller som finns att köpa för t.ex. företag eller institutioner. Naturligtvis finns det lasrar med väsentligt bättre prestanda på universitet eller andra forskningsinstitutioner.

Är laser farligt?

Våra ögon är mycket känsliga för laserstrålar eftersom att den kan bli så pass stark när en så stor mängd energi riktas mot en mycket liten punkt. Inom kirurgin är det bara bra, för då kan den användas för att bränna eller förånga vävnad. Men om en så stark laserstråle skulle träffa ögat av misstag skulle det skada på näthinnan för livet.

Vad kommer att hända med lasern i framtiden?

Det är ingen som vet säkert hur framtiden för lasern kommer att se ut men man är i alla fall ganska säker på att den har kommit för att stanna, så det är bara att vänta och se hur den kommer att utvecklas. Antagligen kommer man att försöka göra ännu starkare laserstrålar för olika syften, men man borde också tänka efter innan man gör några allt för drastiska saker, för varken vi människor, djuren eller naturen mår bra av för mycket laserstrålning.

Utvecklingen går i rask takt framåt och de flesta tekniska produkterna blir mer och mer avancerade. Stegen från forskning till försäljning går allt fortare. Inte sällan läser vi om nya rön i tidningen, för att sedan efter bara några månader ta del av den nya tekniken.

Framtiden för lasern ser ljus ut om uttrycket tillåts. Vi blir allt mer precisionskrävande och det ställs högre och högre krav på lasern.

Men man ska komma ihåg: Nya verktyg gör man med gamla....

______________________________________________________________________________

Vad är laser och vad används det till?

Inledning

Begreppet laser förekommer i många sammanhang, men vad är egentligen laser, finns det flera former av laser och i så fall vilket syfte har de olika varianterna? Vad används laser till? Den här rapporten skall försöka göra det något lättare att begripa vad begreppet laser handlar om och var utvecklingen är på väg.

Metod

När det gäller ett ämne av den kaliber jag valt är det lätt att dribbla bort sig bland matematiska beräkningar och dylikt. I ett tappert försök att åskådliggöra laserns funktion och tillämpnings område har således en stor mängd information om ämnet införskaffats med stor entusiasm och sedan har varje ord vägts på guldvåg för att ge er, bäste läsare, en förhoppningsvis klarare bild av lasern och dess funktion.

En rapport av detta slag kan göras i princip, med astronomiska mått mätt, hur stor som helst. Därför är all fakta presenterade så att det ska vara lättförståeligt i första hand hellre än att använda allt för krångliga termer.

Resultat

1960 testades den första lasern, sedan dess har det rullat på.

Laser står för: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Vilket betyder att elektroner som övergått i ett högre energitillstånd avger fotoner (ljus) när de går tillbaka till sin ursprungliga bana. Krångligt? Inte om vi tar det från början.

Funktion

Laserljus kan framställas på flera olika sätt, detta är det vanligaste förekommande: Man tar ett rör sätter en spegel i vardera änden av röret och fyller detta med argongas. En av speglarna reflekterar inte ljuset till 100% utan kommer senare att släppa igenom laserstrålen.

Nu har vi en bit in från var sin ände av röret placerat en anod och en katod. När vi nu utsätter argongasen för en elektrisk ström kommer elektronerna att hoppa upp en skala på energitrappan för att sedan raskt återvända dit dom kom ifrån. Det är då elektronerna avger fotoner. Det som händer nu är att det blir en kedjereaktion och det fina i kråksången är att varje foton som krockar med en annan fortätter i samma riktning som den fotonen den krockade med. I samma riktning menas med att de har samma våglängd och att de svänger i fas.

Nu studsar fotonerna mellan speglarna, förutsatt att de är absolut parallella, och ger upphov till fler och fler fotoner, till slut är ljuset så intensivt att det tränger ut genom den delvis försilvrade spegeln. Då har vi lyckats skapa vår efterlängtade laserstråle. Vad som bestämmer laserljusets färg (våglängd) är beroende av vilken gas man använder och hur mycket energi som tillsätts lasermediet. Allt från UV (ultraviolett) till IR (infrarött) kan genereras med en laser.

Med laser brukar man mena elektromagnetisk strålning som har en våglängd mellan 180nm (nanometer) till 1 mm.

Användningsområden

Laser används idag inom ett flertal områden t.ex. medicin, informationsteknologin, astronomi (mätning), kemi, fysik, teknik, biologi mm. Lasern får hela tiden nya arbetsfält. Beroende på vad lasern ska användas till kan våglängder (nm) och styrka (W, mW) variera. En laser på ett nöjesställe (lasershow) behöver inte vara exakt vad gäller våglängd eller styrka, vid arbete inom kirurgin däremot ställs högre krav på laserns noggrannhet.

När man använder laser för att skära i vävnad utnyttjar man ljusenergin i strålen till att värma upp och förånga den delen av vävnaden man vill ha bort. Fördelen är den att själva området för behandlingen aldrig vidrörs, på så sätt minskar infektionsrisken avsevärt jämfört med ett traditionellt snitt med ex.vis skalpell. Värmen bidrar även till att blodet koagulerar, vilket gör att man minskar eller helt undviker blödningar. Detta gör att laserbehandlingar är väldigt populära inom skönhetsindustrin, en patient kan få behandling mot rynkor, åderbråck eller dyl. och återvända hem, efter ett ingrepp som endast påminner om några stick från en nål, redan efter någon timme.

Ögonoprationer görs nu på löpande band tack vare laserns precision. Närsynthet kan korrigeras genom att ett ca 6mm brett och väldigt tunt område av hornhinnan skärs ut och viks undan, därefter putsas den underliggande ytan med en IR-laser, endast några tusendels millimetrar behövs tas bort för att få ett normalt seende. Det är ljusenergin som absorberas av vävnaden i kombination med det korta tidsintervall behandlingen pågår som gör laserkirurgin så effektiv.

En laser kan användas för att mäta t.ex. luftföroreningar. Ett flygplan eller en helikopter kan lysa från en bestämd höjd ned till en mottagare på marknivå, vet man sedan ett visst ämnes, eller ämnens ljusabsorberingsförmåga kan man räkna ut hur mycket, eller vilka ämnen, som finns i luften.

När man skulle bestämma hur lång en meter skulle vara använde man ljusets hastighet som referens. 1 meter är således den sträcka ljuset hinner på 1 / 299 792 458 sek.

Vilka sorters lasrar finns det då?

Det finns lasrar med fast, flytande eller gasformigt medium och som genererar kontinuerligt eller pulsat laserljus. Alla har olika karakteristik. Den sorten jag kommer att ta upp är uteslutande den för kontinuerligt laserljus. Den variant som hittills har varit den mest förekommande är Helium Neon (HeNe) lasern, men på senare år har diodlasern (pekljus, vattenpass, CD-spelare) börjat konkurrera med den föregående som utmärker sig genom sin våglängds-stabilitet, vilket kan vara avgörande inom sjukvården t.ex. En HeNe-laser som är avsedd att generera laserljus med en våglängd på 633nm gör också det även vid temperaturskillnader vilket en diodlaser har problem med. Endast en skillnad på några få grader kan göra att avvikelser på flera nm uppkommer hos en diodlaser.

Medierna som används skiljer sig från varandra genom att förutom producera olika våglängder så är den ljuseffekt man får ut väldigt varierande. En del kräver flera kilovolt för att produce...