Lasere - referat pentru biofizică și agrometeorologie

LASER - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplificarea luminii prin emisia stimulata a radiatiei).

Einstein poate fi considerat “parintele” laserului. Cu 80 de ani in urma el a castigat premiul Nobel pentru cercetarile sale asupra efectului fotoelectric. Vom analiza in continuare pe scurt evolutia laserului de la laserul cu microunde pana la cele mai noi descoperiri in acest domeniu.

Descoperirile lui Einstein

“Singurul lucru de care a fost nevoie pentru a se inventa laserul a fost sa se inteleaga viziunea lui Einstein asupra emisiei stimulate de radiatii.”

Robert L. Forward, martie 1979

Cativa teoreticieni erau pe drumul cel bun, in special Planck, care a propus ideea de cuante de energie. Insa tanarul si necunoscutul Albert Einstein a explicat totul prin cercetarile sale de mecanica cuantica si lucrarea sa asupra efectului fotoelectric. Premiul Nobel nu avea sa-l obtina pentru nici unul din studiile sale asupra teoriei relativitatii, caci comitetul de decernare le considera speculative pentru acea vreme. Einstein a castigat Premiul Nobel tocmai pentru explicarea efectului fotoelectric.

Doua dintre lucrarile lui Einstein din 1905 erau teorii asupra atomilor si moleculelor, desi la acea vreme mai erau oameni de stiinta care nu credeau in existenta acestora.

In 1924 Einstein a primit o lucrare de la fizicianul indian S.N.Bose in care acesta descria lumina ca un gaz alcatuit din fotoni. Acest gaz era descris ca unul ale carui particule nu se supuneau legilor comune ale fizicii. In acest sens era facuta o analogie cu bilele de biliard. In mod normal, acestea au o probabilitate egala de a intra in oricare din gauri. Conform teoriei lui Bose, in cazul acestui gaz cu proprietati speciale, daca o bila intra in una din gauri, celelalte ar avea tedinta de a intra si ele tot in acea gaura, si cu cat intra mai multe bile, cu atat sunt mai mari sansele ca o alta sa li se alature.

Statistica clasica

Doua particule diferite se pot afla in trei stari in noua moduri diferite. Sunt trei sanse din noua sa se obtina particule in aceeasi stare.

Statistica in ce priveste fotonii

Daca aceste particule sunt identice, ca fotonii, ar doar sase posibilitati de combinare si deci mai multe sanse sa se obtina particule in aceeasi stare.

Acest fenomen, explicat si exprimat matematic de Bose si Einstein sta la baza laserului.

Desi Einstein nu a inventat laserul munca sa a creat fundatia. Tot ce a mai trebuit a fost ca cineva sa gasesca atomii potriviti si sa foloseasca oglinzi pentru a ajuta emisia stimulata.

Laserul cu microunde

Acest laser a fost inventat de Townes si Shawlow in 1954.

Raza de amoniac trece printr-un concentrator electrostatic pentru a separa moleculele aflate pe nivele energetice superioare.

Nu este o coincidenta ca efectul laser a fost aplicat pentru prima oara in regiunea microundelor. Emisiile spontane sunt proportionale cu cubul frecventei de tranzitie, fiind mici in aceasta portiune a spectrului, si putand fi neglijate, in comparatie cu alte procese ca emisiile stimulate si absorptia. Din acest motiv inversia populatiilor sunt obtinute usor cu o energie mica. Prima inversie a populatiilor a fost obtinuta in molecula de amoniac (NH3). Inversia populatiilor in moleculele de amoniac se obtine prin separarea fizica a particulelor aflate pe nivele energetice superioare de cele aflate pe nivele energetice inferioare.

S-a spus la acea vreme ca Townes si grupul cu care lucra de doi ani la acest aparat nu este decat o pierdere de vreme si de bani, cheltuindu-se pana atunci peste 30000 de dolari. Dupa primul experiment reusit, acest aparat a luat numele de MASER (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Insa alti cercetatori, inca sceptici, glumeau citind: Means of Acquiring Support for Expensive Research (mijloace de a obtine bani pentru cercetari costisitoare