لیزر یکی دیگر از اختراعات مهم بشر از قرن بیستم است که به دنبال انرژی هسته ای، کامپیوترها و نیمه هادی ها بوده است. به عنوان "سریع ترین چاقو"، "دقیق ترین خط کش" و "درخشنده ترین نور" شناخته می شود. در 16 می 1960، فیزیکدان آمریکایی تئودور میمن اولین لیزر جهان را اختراع کرد. برای اولین بار، بشریت به چنین منبع نور معجزه آسایی با تک رنگی عالی، هماهنگی بالا و چگالی انرژی بالا دسترسی پیدا کرد. از زمان اختراع اولین لیزر در سال 1960، لیزرها به طور گسترده در ارتباطات، پزشکی، تولید صنعتی، تسلیحات نظامی و سایر زمینهها مورد استفاده قرار گرفتهاند و به یک فناوری{8}}کلی{9}}متقابل انضباطی تبدیل شدهاند که تأثیر فوقالعادهای بر تحقیقات در بسیاری از زمینهها داشته است و باعث ارتقای کارایی تولید اجتماعی شده است. بنابراین، لیزر دقیقا چیست؟ و چگونه تولید می شود؟
لیزر مخفف کلمه "تقویت نور توسط انتشار تحریک شده تابش" است، به معنای تقویت نور ناشی از انتشار تحریک شده تشعشع. هنگامی که این فناوری در سال 1964 به چین معرفی شد، آقای Qian Xuesen این نام را برای آن ابداع کرد. در استفاده عامه پسند، یک نام نویسهگردانی نسبتاً چشمگیر نیز دارد، "leishe". قبل از درک لیزر، اجازه دهید ابتدا به چیستی نور نگاه کنیم.
نور توسط فوتون ها تولید می شود. در سال 1905، آلبرت اینشتین برای اولین بار مفهوم فوتون را در مقاله خود در مورد اثر فوتوالکتریک معرفی کرد. فوتون ها یکی از ذرات بنیادی تشکیل دهنده ماده هستند. فوتون ها بسیار کوچک هستند و در حالت سکون هیچ جرمی ندارند. طبق اصول مکانیک کوانتومی، هنگامی که یک الکترون از یک لایه بیرونی با انرژی بالاتر به یک لایه داخلی با انرژی پایینتر میافتد، هسته اتمی مربوطه یک فوتون آزاد میکند و در نتیجه نور تولید میکند. هرچه تعداد پوستههایی که الکترون از آنها میافتد بیشتر باشد، انرژی فوتون بیشتر میشود. این فرآیند برگشت پذیر است. هنگامی که یک فوتون فرود میآید، هسته اتم فوتون را جذب میکند و الکترون پس از به دست آوردن انرژی، از یک پوسته داخلی با انرژی پایینتر به یک لایه بیرونی{10}}با انرژی بالاتر حرکت میکند.
ویژگی لیزر این است که تمام فوتون های آن با طول موج و فاز یکسان حرکت می کنند. در یک سیستم اتمی، الکترون ها اساساً در لایه ها حرکت می کنند. هنگامی که یک اتم تحت تأثیر محیط خارجی خود قرار میگیرد و الکترونهای انرژی بالا{2}}به سطوح انرژی پایینتر منتقل میشوند، دو پدیده وجود دارد: "گسیل خود به خود" و "گسیل تحریکشده". لیزرها از طریق انتشار تحریک شده تولید می شوند. به زبان ساده، لیزر «تابش نور» است که وقتی اتمهای یک ماده توسط یک «منبع پمپاژ» خاص «تحریک» میشوند، ساطع میشود.
لیزر وسیله ای است که نور لیزر را تولید می کند که عمدتاً از یک منبع پمپ، یک محیط افزایش و یک حفره تشدید تشکیل شده است. منبع پمپ منبع تحریک لیزر است که برای الکترونهای کم انرژی{1} انرژی فراهم میکند تا آنها را به سطوح انرژی بالاتر برانگیزد. منابع پمپ متداول عبارتند از: تحریک نوری، تحریک تخلیه گاز، تحریک شیمیایی و تحریک انرژی هسته ای. حفره تشدید مدار بین منبع پمپ و محیط بهره است که معمولاً از دو آینه با اشکال هندسی خاص و ویژگیهای انعکاس نوری ترکیب شده است. این اجازه می دهد تا نور برانگیخته چندین بار در داخل حفره حرکت کند و نوسانات منسجم و پایداری را تشکیل دهد که تقویت می شوند و همچنین فرکانس و جهت پرتو نور را محدود می کند. منظور از گین، محیط کاری است که نور را تقویت می کند.
از آنجایی که انیشتین در سال 1917 انتشار تحریک شده را پیشنهاد کرد، دانشمندان 43 سال اکتشاف بی وقفه را سپری کردند تا اینکه در نهایت اولین لیزر جهان را در سال 1960 ساختند. دانشمند میمن، از آزمایشگاه تحقیقاتی هیوز در کالیفرنیا، از یک لامپ با شدت-در درون لامپ فلاش برای روشن کردن رومیت قرمز توسط رومیت رومیت استفاده کرد. نور با سوراخ کردن سطح یاقوت که با یک آینه بازتابنده پوشانده شده بود، نور قرمز می توانست از این سوراخ خارج شود و یک پرتو باریک و متمرکز از نور قرمز ایجاد کند. هنگامی که این پرتو به نقطه ای هدایت می شد، می توانست به دمایی بالاتر از سطح خورشید برسد. بنابراین، اولین لیزر جهان-لیزر یاقوتی- با طول موج 0.6943 میکرومتر متولد شد. این اولین پرتو لیزری بود که توسط بشر تولید شد.
