Ero sivun ”Laser” versioiden välillä

Siirry navigaatioon Siirry hakuun
18 merkkiä lisätty ,  4 vuotta sitten
ei muokkausyhteenvetoa
p (→‎Laser: Sanoitettu uudestaan. Kohtisuoruus viittaa 90 asteen kulmaan, siksi poistettu tästä.)
Ensimmäinen laser kehitettiin Yhdysvalloissa vuonna 1960. Laseria käytetään muun muassa DVD- ja CD-levyjen lukemiseen, tiedon välityksessä valokuitua pitkin, viivakoodien lukuun ja laserkirjoittimissa. Laseria käytetään teollisuudessa muun muassa hitsauksessa ja leikkauksessa. Sotilaskäyttöisiä lasereita on etäisyysmittauksessa ja kohteen valaisussa. Lääketieteessä laseria käytetään muun muassa kirurgisiin tarkoituksiin.
 
Maailman tehokkaimmat laserit pystyvät noin 1 petawatin eli 10<sup>15</sup> watin hetkelliseen tehoon. Vuonna 2009 [[Texasin yliopisto, Austin|Texasin yliopiston]] fyysikot kertoivat aikeesta nostaa tehoja noin tuhatkertaisestituhatkertaisiksi 10<sup>18</sup> wattiin eli yhteen eksawattiin.<ref>[http://www.tekniikkatalous.fi/tk/article338040.ece?s=u&wtm=tt-23102009 Suunnitelma: 100 000 000 000 000 000 000 kertaa Auringon pintaa kirkkaampi laser] Tekniikka ja Talous</ref><ref>{{Verkkoviite
| osoite =http://phys.org/news183664504.html | nimeke =Going For Exawatts: Building the most powerful laser in the world | tekijä =
| tiedostomuoto = | selite = | julkaisu =Phys.org
Koherenssilla tai koherenttisuudella tarkoitetaan valon kykyä interfereroida itsensä kanssa. Koherenttisuus määritellään tavallisesti sinä matkana, jolla interferenssi on mahdollinen.{{selvennä|selvennys tarvitaan, matka mistä mihin?}} Matka riippuu aallonpituudesta ja kaistanleveydestä. Hehkulampulla tehollinen kaistanleveys on noin 150 nm ja keskimääräinen aallonpituus noin 550 nm. Näiden arvojen, 550 nm ja 150 nm suhteena saadaan selville interferenssikuvion maksimien ja minimien lukumäärä. [[Newtonin renkaat|Newtonin renkaita]] on hehkulampun valossa muutama kappale, ja koherentti matka muutamia satoja nanometrejä. Jos kaistaa kavennetaan värisuodattimella, niin koherentti matka ja renkaiden määrä lisääntyy vastaavasti. Valon kaistanleveys jatkuvatoimisessa kaasulaserissa (esimerkiksi HeNe) on aivan olennaisesti pienempi kuin hehkulampussa, mutta ei nolla. Tämä johtuu kuumassa kaasussa tapahtuvasta [[Doppler-ilmiö]]stä. Tarkasti ottaen laservalo ei ole monokromaattista, ja sen koherenttisuus on rajallinen, mutta kuitenkin aivan eri kertaluokkaa kuin muilla valonlähteillä.
 
Laserit jaetaan pulssilasereihin ja jatkuvatoimisiin lasereihin. Pulssilasereilla voidaan saavuttaa merkittävästi suurempia maksimitehoja kuin jatkuvatoimisilla lasereilla. JotkutJotkin laserit voivat tuottaa valoa monilla aallonpituuksilla. Tämä mahdollistaa hyvin lyhyiden valopulssien tuottamisen. Nämä pulssit voivat olla kestoltaan vain femtosekunnin luokkaa (10<sup>-15</sup> s).
 
Vaikka sana laser viittaa erityisesti näkyvää valoa tuottavaan laitteeseen, käytetään sanaa myös muun taajuisia fotoneita tuottavista laitteista. Tässä artikkelissa sana valo”valo” voi siis tarkoittaa myös esimerkiksi [[Röntgensäteily|röntgensäteitä]], [[infrapunasäteily]]ä tai [[ultraviolettisäteily]]ä. Mikroaaltoja tai radioaaltoja tuottavaa vastaavaa laitetta kuitenkin sanotaan yleensä [[maser]]iksi. Tämä johtuu historiallisista syistä, sillä ensimmäiset mikroaaltoja tuottaneet maserit rakennettiin ennen valoa tuottavia lasereita.
 
==Historia==
Vuonna [[1957]] Townes ja [[Arthur Leonard Schawlow]] tutkivat [[Bell Labs]]illä infrapuna-alueen masereita. Infrapuna kuitenkin hylättiin ja tutkimus keskitettiin näkyvän valon aallonpituuksiin. Aluksi tätä laitetta kutsuttiin optiseksi maseriksi, jolle haettiin patenttia seuraavana vuonna. Asiasta myös julkaistiin tieteellinen artikkeli (''Phys. Rev.'' Vol. 112, 6).
 
Samanaikaisesti tämän kanssa jatko-opiskelija [[Gordon Gould]] [[Columbian yliopisto]]sta työskenteli [[tallium]]in energiatasoja käsittelevän tutkimuksen parissa. Townesin tavattuaan Gould oli tehnyt muistiinpanoja ideastaan rakentaa "LASER". Termi laser kuitenkin julkaistiin ensimmäistä kertaa Gouldin vuoden [[1959]] artikkelissa. Gould suunnitteli -aseria käytettäväksi päätteenä laitteen tuottaman aallonpituuden mukaan, mutta lopulta vain termi laser yleistyi. Gould pohti useita sovelluksia lasereille muun muassa [[spektroskopia]]n, [[interferometria]]n ja [[ydintekniikka|ydintekniikan]] alalta. Gould haki patenttia myöhemmin samana vuonna. Tämä hakemus kuitenkin hylättiin ja Bell Labs sai patentin vuonna [[1960]]. Tätä seurasi yli parikymmentä vuotta kestänyt riita, jonka tuloksena liittovaltion tuomioistuin määräsi vuonna [[1987]] Gouldille patentin optisesti pumpatusta ja kaasupurkauslaserista.
 
Ensimmäisen toimivan laserin rakensi [[Theodore Maiman]] Hughes Research Laboratoriesilla vuonna 1960. Näin hän voitti muun muassa Townesin ryhmän Columbian yliopistossa ja Schawlow'n ryhmän Bell Labseillä. Maimanin laser oli optisesti pumpattu rubiinilaser, joka tuotti 694 nm:n pulssittaista punaista valoa. Samana vuonna iranilainen [[Ali Javan]] sekä William Bennet ja Donald Herriot rakensivat ensimmäisen kaasulaserin. Siinä käytettiin väliaineena heliumin ja neonin seosta.
 
Basov ja Javan ehdottivat puolijohdelaseria. Ensimmäisen laserdiodin esitteli [[Robert N. Hall]] vuonna [[1962]]. Hallin galliumarsenidilaite tuotti 850 nm:n infrapunavaloa, joka ei ollut nähtävissä ihmissilmin. Ensimmäinen näkyvän valon puolijohdelaser esiteltiin myöhemmin samana vuonna. Kuten varhaiset kaasulaserit nämä puolijohdelaitteet tuottivat vain pulssittaista valoa. Ne vaativat myös jatkuvaa jäähdytystä nestemäisellä typellä.
Kun laser alun perin kehitettiin, sitä sanottiin "ratkaisuksi, joka etsii ongelmaa". Nykyään niillä on lukuisia tieteellisiä, lääketieteellisiä, viihteellisiä, teollisia, sotilaallisia, lainvalvonnallisia ja tietoteknisiä sovelluksia. Vuonna 2004 maailmassa myytiin, laserdiodit pois lukien, 131 tuhatta laseria. Laserdiodeja myytiin 733 miljoonaa. Esimerkkinä laserin arkipäiväisestä sovelluksesta mainittakoon [[CD-levy|CD-]] ja [[DVD-levy]]t sekä vielä yleistymätön laserhammaspora, jolla hampaan poraaminen ei satu laisinkaan.
 
LaserienLaserin monikäyttöisyys johtuu niidensen tuottaman valon monokromaattisuudesta, koherenttisuudesta ja kyvystä saavuttaa suuria tehoja. Koherenttia lasersädettä voidaan käyttää suurten tietomäärien tallentamiseen. On myös mahdollista kohdistaa tehokkuudeltaan keskinkertainen laser pienelle alalle, jolloin sitä voidaan käyttää esimerkiksi leikkaamiseen tai polttamiseen. Lasereita käytetään myös tiedonsiirrossa optisia [[valokuitu|kuituja]] pitkin ja [[Optinen datansiirto vapaassa tilassa|optisessa datansiirrossa vapaassa tilassa]] kuten muutaman kilometrin etäisyydellä esteettömällä linjalla olevien talojen välillä ja avaruudessa satelliittien välillä, jopa gigabitin sekuntivauhtia.
 
Tieteellisessä käytössä lasereita käytetään monissa [[interferometria|interferometrisissa]] ja [[spektroskopia|spektroskopisissa]] menetelmissä. Niitä voidaan käyttää myös epälineaarisen optiikan tutkimuksessa, [[kaukokartoitus|kaukokartoituksessa]], [[maanmittaus|maanmittauksessa]] ja avaruussovelluksissa. Esimerkiksi Kuuhun on viety 1969 ja jälkeen [[heijastin|heijastimen]] tavoin toimivia mutta optisesti paljon laadukkaampia takaisinheijastusprismoja joita on siitä asti käytetty Maan ja Kuun välisen etäisyyden mittaukseen noin senttimetrin tarkkuudella. Maan kiertoradalla on vähän vastaavia [[Lageos]] satelliitteja joita on käytetty Maan painovoimakentän vaihteluiden mittaamiseen. Maanmittarit kiinnittävät vastaavasti toimivia laserheijastimia mittauspisteisiin tarkentaakseen mittauksiaan [[Laseretäisyysmittari|laseretäisyysmittareillaan]]. Ainakin osa [[lidar]]eista käyttää laseria.
Laserin vaarallisuus perustuu laserin pitkään kantamaan ilmassa (toisin sanoen säde ei leviä ja hajoa tavanomaisen valokeilan tavoin). Jo pienen tehon (~1&nbsp;mW) laserin säteily voi aiheuttaa näkövaurioita. Aallonpituuksilla, joilla [[sarveiskalvo]] ja linssi kohdistavat hyvin valoa, [[Koherenssi (fysiikka)|koherentti]] ja kapea lasersäde voi fokusoitua hyvin pienelle [[verkkokalvo]]n alueelle aiheuttaen nopeasti kudosvaurioita.
 
Laserit on turvallisuusluokiteltu luokkiin I–IV. Luokan I laser ei aiheuta pysyviä näkövaurioita, mutta turvallisuusluokan IV laser voi polttaa iholle palovamman hetkessä.<ref>{{Verkkoviite | Osoite = http://www.stuk.fi/sateilytietoa/sateilevat_laitteet/fi_FI/laser_luokat/ | Nimeke = Laserlaitteiden turvallisuusluokat| Julkaisija = Säteilyturvakeskus| Viitattu = 4.9.2011}}</ref>
 
==Laser populaarikulttuurissa==
[[Populaarikulttuuri]]ssa ja erityisesti [[science fiction]]issa ja toimintaelokuvissa laser esitetään usein virheellisesti. Toisin kuin esimerkiksi [[Star Wars]] -elokuvissa nähdään, lasersäde ei koskaan näy tyhjiössä (avaruudessa). Säde on mahdollista nähdä vain, mikäli jokin väliaine kuten [[sumu]] tai [[pöly]] sirottaa sen kohti katsojaa. Intensiteetiltään suuri lasersäde näkyy [[ilma]]ssa [[Rayleigh-sironta|Rayleigh-]] tai [[Raman-sironta|Raman-sironnan]] vuoksi.
 
Lasersäteen eteneminen on yleensä esitetty liiantodellista hitaanahitaampana, muistuttaen perinteisen [[suorasuuntaus]]ammuksen etenemistä. Todellisuudessa säde etenee [[valonnopeus|valonnopeudella]], joten tulituksen kohde näkee säteen lähes osuman hetkellä.
 
Joissakin toimintaelokuvissa on laserilla toteutettuja turvajärjestelmiä, jotka sankari saa näkymään esimerkiksi käyttäen jotakinjonkinlaista pölyä tms. ja ohittaa järjestelmät tyypillisesti peilejä käyttäen. Todellisuudessa on halvempaa ja tavallisempaa toteuttaa turvajärjestelmä infrapuna-alueen lasereilla kuin näkyvän valon lasereilla. Tässä tapauksessa sankarilla täytyisi olla [[lämpökamera]] havaitakseen säteet.
 
== Katso myös ==

Navigointivalikko