A Lézer

(A fény / LED terápia háttere)

A lézer egy olyan fényforrás, amely stimulált emissziót használ egybefüggő fénysugár létrehozására. Neve az angol Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation kifejezés rövidítése, a laser magyarosításából származik. Az első lézert az amerikai Theodore H. Maiman fejlesztette ki 1960-ban.

A lézerfény tulajdonságai

Koherens: a lézer által kibocsátott hullámok fázisa időben és térben a sugár minden keresztmetszeténél azonos.
Polarizált: a lézernyaláb keskeny és nagyon kis széttartású nyaláb. A lézerfény nagyrészt párhuzamos fénysugarakból áll, nagyon kis szóródási szöggel. Ezzel nagy energiasűrűség érhető el szűk sugárban, a sugár által megtett távolságtól függetlenül.
A lézerek energiája kis térrészben koncentrálódik, a lézerfény teljesítménysűrűsége a megszokott fényforrásokénak sokszorosa lehet.
A lézer által kibocsátott hullámok mágneses mezejének iránya állandó.
Monokromatikus: a lézerek fénye egyszínű. A lézersugár egy olyan elektromágneses hullám, amely közel egyetlen hullámhosszú összetevőből áll.

A lézerfény előállítása

Kezdetben a lézerkészülékek anyaga, amelyben a lézereffektus lejátszódott, rubinkristály (Cr₂O₃-mal szennyezett Al₂O₃kristály, amely rendelkezik a megfelelõ metastabil energiaszinttel) volt, gerjesztésként pedig egy villanólámpa fényét használta. A rubinkristály két végére féligáteresztõ, illetve egy nagy visszaverõ-képességû tükörréteget párologtattak. Laser

Amikor a villanólámpa gerjeszti a rubint, és létrejön az a nagyon jól meghatározott energiájú (a metastabil állapot és az alapállapot különbségének megfelelõ) fény, amely a lézerfény kibocsátását elindítja, az elõször a kristály két végérõl sokszor visszaverõdve ide-oda cikázik a kristály tengelye mentén. Mivel a rubin oldalán nincsen tükör, a sokszori visszaverõdés miatt csak azok a sugarak maradnak meg a rendszerben, amelyek szigorúan párhuzamosak a kristály hossztengelyével.

Amikor a fény energiája meghaladja azt a mértéket, amely már ki tud lépni a féligáteresztõ tükrön, a lézer világítani kezd. A két tükör, vagyis voltaképpen az elrendezés geometriája miatt a kilépõ fény már nagyon párhuzamos nyalábokból áll, a sugár széttartása (divergenciája) elhanyagolhatóan kicsi.
Bár a lézerek hatásfoka elég alacsony, mivel a kijövõ energia nagyon keskeny nyalábba koncentrálódik, abban a kis térrészben az energia-leadás jelentõs lehet. Különösen érvényes ez az impulzus üzemmódú lézerekre, amelyek nem folytonosan világítanak, hanem nagyon rövid ideig, ezért nagy teljesítményû (P~ 1/t) impulzusokat bocsátanak ki.
Ma már nagyon sokfajta (gáz-, festék-, félvezetõ- stb.) lézert alkalmaznak.

A lézerek fajtái

A szilárd halmazállapotú lézerekben egy szilárd rácsszerkezetben elosztott aktív közeg van. Egy példa erre a rubinlézer, amelyben pontos mennyiségű krómmal egyenletesen szennyeznek egy kristályos alumíniumoxid-rudat. A rubinlézer 694,3 nm hullámhosszú fényt bocsát ki, ez a hétköznapok mélyvörös színének felel meg.
A gázlézereknél üvegcsőbe töltött gázt vagy gázkeveréket használnak. A gyakori gázlézerek közé tartozik a hélium-neon lézer, aminek a hullámhossza elsősorban 632,8 nm (kb. kék-zöld). Vízgőz használatával a kibocsátott fény még az infravörös tartományba is beállítható. Technológiai szempontból a CO₂ lézernek kitüntetett figyelmet szentelünk, a relatíve nagynak mondható 10-20%-os hatásfokával és a 10⁰-10¹¹ W teljesítményével. A CO₂ lézer esetén c/f=10.6nm, ami már az infravörös hullámtartományban van, így szabad szemmel nem látható.
A folyadéklézer még viszonylag új, az aktív közege többnyire egy komplex szerves festék. A folyadéklézerek legmeglepőbb tulajdonsága a �hangolhatóságuk�. A festék és koncentrációjának helyes megválasztásával bármilyen hullámhosszú fény előállítható a látható spektrumban vagy a közelében.
Félvezető lézer

A félvezetőlézerek nem tévesztendők össze a szilárd halmazállapotú lézerekkel. A félvezetőeszközök két egymásra rétegelt félvezetőanyagból állnak. Az egyik anyag elektrontöbblettel rendelkezik, a másik elektronhiánnyal. A félvezetőlézer két kiemelkedő tulajdonsága a nagy hatékonysága és a kis mérete. Az átlagos félvezetőlézerek a piros és infravörös tartományokban dolgoznak. A félvezetőlézerek fénykibocsátása a PN-átmenetben történik, aminek hatására elektronok ugrálnak át a vezetési sávból a vegyértéksávba.

A lézerfény alkalmazása

A lézerek alkalmazása a technika és a tudomány számos területén terjedt el.
A lézerfény keskeny nyalábja alkalmas egyenes irány kitûzésére, pl. alagutak építésénél. A kis széttartás tette lehetõvé, hogy az eddigi legpontosabb mérésekkel megmérjék a Hold-Föld távolságot.A Holdra fellõtt fénysugár eléggé koncentrált maradt ahhoz, hogy az Apolló ûrhajósai által elhelyezett tükrökrõl visszaverõdõ fény még mûszerekkel érzékelhetõ volt, így az oda-vissza út idejébõl a távolságot meghatározhatták
Laser

Az energia koncentrálása és a pontos irányíthatóség miatt jelentős a lézerfény orrvosi alkalmazása. A fenti képen a vesekő roncsolása látható, az alábbin a lézeres retinakezelés. A lézerklinikákon a nagyenergiájó lézerek mellett elterjedt a kis energeiaszíntő lézerek (lágylézer, szoftlézer) használata, amikkel számos felületi kezelést végeznek. A legújabb kutatások szerint előtérbe került a LED fény , mivel számos hatásába azonosnak találták a lágylézerrel, viszont a LED fénynek - áppen nagyon alacsony energiaszíntje miatt - nincs rocsoló hatása.