Introductie laser

Dit hoofdstuk is enkel voor diegene die wat meer info wenst. Het geeft wat achtergrondinformatie over wat precies een laser is en hoe hij werkt.

OVERZICHT

WAT IS EEN LASER

Iedereen heeft wel enigszins een idee wat lasers zijn. De meest bekende zijn diegene die zichtbaar zijn voor het oog. B.v. lasers die gebruikt worden tijdens een lichtshow of de lasers die in een scanner zitten aan de kassa.

We hebben allemaal al wel eens de gele driehoek met laserstraal op een toestel gezien.

DE TERM 'LASER'

LASER is een acroniem en staat voor

Om te begrijpen hoe een laser werkt, moeten we eerst enkele begrippen verduidelijken.

WAT IS LICHT?

WAT IS EEN ATOOM?

WAT IS EEN AANGESLAGEN ELEKTRON?

Wanneer aan een elektron energie wordt toegevoegd, kan het elektron uit zijn baan geslingerd worden. Het elektron komt zo in een baan met een hogere potentiële energie.
 Zo'n elektron heet een aangeslagen elektron.

Deze toestand zal over het algemeen niet lang bestaan.
Omdat er meestal plaats beschikbaar is op een lagere baan, zal het elektron op een gegeven moment zelf de lagere potentiële energie weer opzoeken.

WAT IS SPONTANE EMISSIE?

Wanneer een aangeslagen elektron in een toestand met hoge energie zit en op een gegeven moment zelf de lagere potentiële energie weer opzoekt, zal het energieoverschot weer aan de omgeving afgestaan worden, bijvoorbeeld door het uitzenden van een foton.

Eén elektron dat in zijn baan terugvalt levert één lichtdeeltje op, het zogenaamde foton (=lichtdeeltje).

WAT IS GESTIMULEERDE EMISSIE?

Als een atoom met een aangeslagen elektron wordt geraakt door een foton, dan wordt er een bij de terugval een foton uitgezonden dat precies dezelfde frequentie heeft, en dus precies dezelfde kleur, als het inkomende foton.

Het nieuwe foton trilt ook precies ‘in de pas’ met het invallende foton: dat noemen we coherentie.

Een foton dwingt dus een elektron om terug te keren in zijn baan. Het foton kan dat, omdat het zelf ooit zo ontstaan is en dus daarvoor precies de goede energie heeft.

Maar als het elektron teruggestuurd wordt in zijn baan zal het onmiddellijk een nieuw foton doen ontstaan! Dit proces heet gestimuleerde emissie.

WAT IS EXITATIE, WAT IS EMMISIE?

Het proces waarbij elektronen uit hun baan gepest worden noemen we "excitatie".

Het proces waarbij elektronen hun energie weer afgeven in de vorm van straling noemen we "emissie"

LASERTECHNIEK

Een laser bestaat altijd uit:

• een medium dat elektronen uitzendt en weer terug pakt,

• een methode om de elektronen te uit hun baan te krijgen (te exciteren),

• een voorziening om het uitgezonden licht te concentreren.

  Dit laatste doen we met spiegels, waarvan er één gedeeltelijk doorlatend (venster) is om de laserstraling door te laten die we willen gebruiken.

De linker spiegel reflecteert alle straling en de rechter, de uitkoppelspiegel slechts een gedeelte.
Binnen in het lasermedium worden fotonen in alle richtingen uitgezonden.
Door de spiegels wordt een deel binnen het lasermedium gehouden.
Het deel waarbinnen de fotonen heen en weer kunnen bewegen heet de laser resonator.

EIGENSCHAPPEN VAN EEN LASERSTRAAL

Er zijn drie grote verschillen tussen ‘gewoon’ licht en laserlicht:

• laserlicht is volledig monochromatisch, dat wil zeggen dat het maar uit één enkele kleur (dus één golflengte) bestaat. Licht van een klassieke lamp bevat meerdere kleuren.

• laserlicht is coherent, alle fotonen lopen in de pas (in fase).

• een laser produceert een hele dunne straal licht, terwijl een lamp licht in alle richtingen uitzendt.

Door deze eigenschappen kan laserlicht worden gebruikt in allerlei manieren van moderne materiaalverwerking. De intensiteit wordt gedurende lange tijd bewaard door de coherentie en kan nog verder worden gebundeld door lenzen.

De laserstraal botst, via verschillende spiegeltjes, op het oppervlak van het te bewerken materiaal. Daarop wordt het licht geabsorbeerd. Zo verhit de straal het materiaal. Door deze warmtegeneratie kan het materiaal worden verwijderd of volledig worden verdampt.

Hierdoor is het mogelijk een groot aantal materialen te gaan lasergraveren of te gaan lasersnijden (zie volgend hoofdstuk).

SOORTEN LASERS