Laseren er en anden stor opfindelse af menneskeheden siden det 20. århundrede, efter atomenergi, computere og halvledere. Det er kendt som "den hurtigste kniv", "den mest nøjagtige lineal" og "det klareste lys." Den 16. maj 1960 opfandt den amerikanske fysiker Theodore Maiman verdens første laser. For første gang havde menneskeheden adgang til sådan en mirakuløs lyskilde med fremragende monokromaticitet, høj kollimation og høj energitæthed. Siden opfindelsen af den første laser i 1960 er lasere blevet brugt i vid udstrækning inden for kommunikation, medicin, industriel produktion, militære våben og andre områder, og er blevet en tværgående-generel-teknologi, der har haft en enorm indflydelse på forskning på mange områder og har fremmet forbedringen af social produktionseffektivitet. Så hvad er en laser egentlig? Og hvordan er det produceret?
Laser er et akronym for "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", hvilket betyder lysforstærkning forårsaget af stimuleret emission af stråling. Da denne teknologi blev introduceret til Kina i 1964, opfandt Mr. Qian Xuesen dette navn for den. I populær brug har den også et ret imponerende translittereret navn, "leishe". Før vi forstår lasere, lad os først se på, hvad lys er.
Lys produceres af fotoner. I 1905 introducerede Albert Einstein første gang begrebet fotoner i sit papir om den fotoelektriske effekt. Fotoner er en af de grundlæggende partikler, der udgør stof. Fotoner er ekstremt små og har ingen masse i hvile. Ifølge kvantemekanikkens principper, når en elektron falder fra en ydre skal med højere-energi til en indre skal med lavere-energi, frigiver den tilsvarende atomkerne en foton og producerer således lys. Jo større antal skaller elektronen falder igennem, jo større energi er fotonen. Denne proces er reversibel; når en foton er indfaldende, absorberer atomkernen fotonen, og elektronen, efter at have fået energi, bevæger sig fra en indre-skal med lavere energi til en ydre skal med højere-energi.
Det karakteristiske ved en laser er, at alle dens fotoner bevæger sig sammen med samme bølgelængde og fase. I et atomsystem bevæger elektroner sig i det væsentlige i lag. Når et atom er påvirket af dets ydre miljø, og høje-elektroner går over til lavere energiniveauer, er der to fænomener: "spontan emission" og "stimuleret emission." Lasere produceres gennem stimuleret emission. Kort sagt er en laser den "lysstråling", der udsendes, når et stofs atomer "exciteres" af en specifik "pumpekilde".
En laser er en enhed, der genererer laserlys, primært sammensat af en pumpekilde, et forstærkningsmedium og et resonanshulrum. Pumpekilden er laserens excitationskilde, der leverer energi til elektroner med lav-energi for at excitere dem til højere energiniveauer. Almindelige pumpekilder omfatter optisk excitation, gasudladningsexcitation, kemisk excitation og kerneenergiexcitation. Resonanshulrummet er kredsløbet mellem pumpekilden og forstærkningsmediet, normalt bestående af to spejle med specifikke geometriske former og optiske refleksionskarakteristika kombineret på en bestemt måde. Dette gør det muligt for det exciterede lys at rejse frem og tilbage flere gange i hulrummet og danne sammenhængende, vedvarende svingninger, der forstærkes, og også begrænse frekvensen og retningen af lysstrålen. Forstærkningsmediet refererer til arbejdsmediet, der forstærker lyset.
Siden Einstein foreslog stimuleret emission i 1917, brugte videnskabsmænd 43 års ubarmhjertig udforskning, før de endelig skabte verdens første laser i 1960. Forskeren Maiman fra Hughes Research Laboratories i Californien brugte en høj-blitzlampe til at oplyse en rubin, der ophidsede det røde mitrome-lys i rubin. Ved at bore et hul i overfladen af rubinen, som var belagt med et reflekterende spejl, kunne det røde lys slippe ud gennem dette hul og frembringe en meget koncentreret, smal stråle af rødt lys. Når denne stråle var rettet mod et punkt, kunne den nå temperaturer højere end solens overflade. Således blev verdens første laser-rubylaseren-født med en bølgelængde på 0,6943 mikrometer. Dette var den første laserstråle nogensinde produceret af menneskeheden.
