לייזר

לייזר (Laser) הוא התקן הפולט אור קוהרנטי. קוהרנטי אומר שהפוטונים, חלקיקי האור, מתואמים זה עם זה. הלייזר גם בדרך כלל מונוכרומטי, כלומר פולט טווח צר של צבעים, והקרן שלו מאוד מקבילית.

השם Laser הוא ראשי תיבות באנגלית של "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", הגברת אור על ידי פליטה מאולצת של קרינה. האפקט התאורטי של פליטה מאולצת הונח על ידי אלברט איינשטיין. ההדגמה המעבדתית הראשונה של לייזר בוצעה ב־16 במאי 1960 על ידי תיאודור מיימן.


העבודה לפיתוח הלייזר נמשכה במחקרים רבים במאה ה־20. חוקרים כמו טאונס ושולוב פיתחו תשתית תאורטית ועבדו על המייזר, ובסופו של דבר הוצאו פטנטים ותוארו דרכים שונות להגיע ללייזר הנראה. למרות שההדגמה הראשונה נעשתה על ידי מיימן, היו ויכוחים משפטיים ומדעיים על זכויות ופיתוחים מוקדמים.


מה שמבדיל לייזר מאור רגיל הוא שהלייזר מייצר פוטונים אחידים במופע, בתדר ובכיוון. מקור אור רגיל משחרר פוטונים לא מתואמים בכיוונים ובצבעים שונים.

הרעיון הבסיסי הוא פליטה מאולצת. בתוך אטום יש רמות אנרגיה לאלקטרונים. אלקטרון יכול לטפס למצב מעורר ולחזור למטה. כשאלקטרון נופל, הוא משחרר פוטון. בפליטה מאולצת, פוטון שמגיע לאטום גורם לאלקטרון ממצב מעורר לפלוט עוד פוטון זהה לו. כך ניתן להכפיל פוטונים ולהשיג קרן מאורגנת וחזקה.

בפועל בונים לייזר משני חלקים עיקריים: חומר מגביר ושתי מראות היוצרות מהוד אופטי. החומר המגביר הוא החומר שבו מושגים ההיפוך האוכלוסייה, מצב שבו יש יותר אלקטרונים במצב גבוה מאשר במצב נמוך. המהוד האופטי מחזיר את האור הלוך וחזור בתוך החומר כדי להגבירו. אחת המראות מייצרת פתיחה קטנה שמאפשרת לקרן לצאת החוצה.

קיימים מערכות לייזר המבוססות על 3 רמות אנרגיה ואלו המבוססות על 4 רמות. בלייזר 4 רמות קל יותר להשיג היפוך אוכלוסייה, ולכן בדרך כלל הוא יעיל יותר.


לייזרים מסווגים גם לפי התווך (החומר שמקרין) וגם לפי צורת הפליטה:

- לפי התווך: לייזר גז (למשל פחמן דו־חמצני), לייזר גביש (כמו לייזר הרובי ההיסטורי), לייזר דיודה (מוליך למחצה), לייזר סיב, לייזרי צבע (dye) ולייזרים אלקטרונים חופשיים. לייזר דיודה נפוץ במכשירים יומיומיים והוא יעיל וזול.

- לפי הפליטה: יש לייזרים שפולטים בצורה רציפה (CW) ויש שפולטים בפולסים.


הלייזר נמצא בשימוש רחב: במחקר המדעי והרפואי, בפרינטינג (מדפסות לייזר), בחיתוך וניקוי מתכות בתעשייה, כרמז להנחיה בהרצאות ובשיעורים ועוד שימושים רבים.


לייזרים יכולים להגיע לצפיפויות הספק גבוהות, והסיכון העיקרי הוא פגיעה בעין. עין רגישה מאוד לקרינה ממוקדת, ועלולה להינזק אף בעקביה של קרן קצרה. לייזרים עוצמתיים עלולים גם לגרום לכוויות ולהוות סיכון חשמלי או כימי בתהליכים תעשייתיים.

התקנים מסווגים לפי רמות סיכון. רק לייזרים בקבוצה I נחשבים בטוחים ללא אמצעי מגן. לייזרים בקבוצות II, III ו‑IV דורשים הגנות כמו משקפי מגן מתאימים, חסימות פיזיות למסלול הקרן, שילוט אזהרה ומערכות כיבוי מתאימות.

לייזר הוא מכשיר שמייצר קרן אור מאוד מדויקת. הקרן חזק ומרוכזת.

המילה Laser באנגלית היא קיצור. זה אומר "הגברת אור בעזרת פליטה מאולצת". פליטה מאולצת היא תהליך שבו פוטון אחד גורם לאור אחר להיווצר בדיוק כמוהו.


אלברט איינשטיין חשב על הרעיון הזה קודם. הראשון שהראה לייזר במעבדה היה תיאודור מיימן ב־1960.


בתוך אטום יש אלקטרונים ברמות אנרגיה. כשאלקטרון עובר מרמה גבוהה לנמוכה הוא נותן פוטון. אם פוטון אחד פוגש אלקטרון מעורר, הוא יכול לגרום לו לתת עוד פוטון זהה. כך מקבלים המון פוטונים זהים.

בלייזר יש חומר מיוחד שמגביר את האור ומראות שמחזירות את האור הלוך ושוב. בסוף נפתחת מעט הדרך לחוץ ויוצאת קרן הלייזר.


יש לייזרים שונים:
- לייזר גז. למשל לייזר פחמן דו־חמצני.
- לייזר גביש, כמו הרובי ההיסטורי.
- לייזר דיודה. הוא זול ונמצא במכשירים כמו נגן תקליטים וסמני לייזר.
- לייזר סיב. האור נע בתוך סיב זכוכית.


לייזרים משמשים ברפואה, בתעשייה לחיתוך מתכות, במדפסות ולסימון דברים.


לייזרים חזקים יכולים לפגוע בעיניים. העיניים רגישות מאוד.

לייזרים קטנים למשחק בטוחים בדרך כלל. לייזרים גדולים צריכים משקפי מגן וחסימות לקרן.