Pyetja e kësaj jave për rubrikën Pyet Pendulum ka të bëjë me laserat dhe parimin e tyre të punës. Kjo temë është trajtuar në mënyrë pak më teknike se trajtimi ynë i zakonshëm. Gjithashtu, unë nuk kam njohuri për ndonjë libër shqip për laserat, megjithëse në mos lëndë e veçantë, duhet të jenë pjesë e rëndësishme e disa lëndëve në disa degë të ndryshme. Nëse dikush ka njohuri për libra shqip në lidhje me laserët, mund të lërë koment këtu ose në faqen tonë në Facebook.
Laseri është një nga pajisjet më të përdorura, jo vetëm në fizikë, por edhe në fusha të tjera si: mjekësia, armatimi, industria, argëtimi, etj. Ai është krijuar duke u bazuar në një artikull shkencor të Albert Einstein, të publikuar në vitin 1917. Patenta dhe artikulli që shpjegonte parimin e punës së tij janë pranuar në vitin 1958, të punuara nga Charles H. Townes dhe Arthur L. Schawlow. Në vitin 1959 i është dhënë emri LASER që është akronim i frazës “amplifikim i dritës përmes emetimit të stimuluar të rrezatimit” (ang. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), ndërsa laseri i parë është ndërtuar në vitin 1960 nga Theodore H. Maiman.
Kur vala elektromagnetike vepron mbi një mjedis, ndodhin tre fenomene:
Siç mund të merret me mend, mjediset aktive nuk ekzistojnë të gatshme, pra me më shumë atome në nivelin energjetik E2 se në atë E1. Në kushte normale do të ndodhte absorbim e pastaj do arrihej ekuilibër, në të cilin aq atome sa do të kalonin nga E2 në E1, do të kalonin edhe nga E1 në E2. Për këtë arsye, mjediset krijohen duke përdorur tre ose katër nivele. Në rastin me tre nivele, atomet e mjedisit ngrihen në nivelin E3 përmes mënyrave të ndryshme, nga i cili përmes emetimit spontan (apo ndonjë mënyrë tjetër) kalojnë në nivelin E2, duke krijuar kështu popullimin invers në mes të E2 dhe E1. Në rastin me katër nivele, atomet e mjedisit që do aktivizojmë ngrihen në nivelin E4, nga i cili kalojnë në nivelin E3, duke krijuar popullim invers mes nivelit E3 dhe E2. Këtu përmes emetimit të stimuluar krijohet rrezatimi i laserit dhe atomet kalojnë në nivelin E2. Dhe në fund, përsëri kemi kalim të shpejtë të vetvetishëm nga niveli E2 në E1.
Veçantia e laserit qëndron në faktin që posedon karakteristikat e më poshtme në shkallë shumë të lartë:
Kur vala elektromagnetike vepron mbi një mjedis, ndodhin tre fenomene:
- Emetimi Spontan – ndodhë kur një atom me dy nivele energjetike E1 dhe E2 (ku niveli E2 është më i lartë se ai E1), i cili ndodhet në nivelin E2, vetvetiu kalon në nivelin më të ulët E1, duke liruar një foton me energji të barabartë me diferencën mes këtyre niveleve energjetike (E2-E1).
- Emetimi i Stimuluar – ndodhë kur atomi i përshkruar më sipër nuk e bën vet kalimin nga E2 në E1. Në këtë rast, atomi stimulohet nga një valë (foton) tjetër me frekuencë të njëjtë me atë të atomit i cili bie mbi atomin dhe “e shtynë” atë drejt nivelit më të ulët duke “marrë me vete” një foton me energji E2-E1. Në këtë rast, vala (fotoni) e liruar ka të njëjtën fazë dhe drejtim me atë që bie mbi atomin në fillim të procesit.
- Absorbimi – ndodhë kur atomi i përshkruar ndodhet fillimisht në nivelin E1 dhe një foton me energji E2-E1 bie mbi atomin dhe thithet nga ai, duke e ngritur atomin në nivelin E2.
Siç mund të merret me mend, mjediset aktive nuk ekzistojnë të gatshme, pra me më shumë atome në nivelin energjetik E2 se në atë E1. Në kushte normale do të ndodhte absorbim e pastaj do arrihej ekuilibër, në të cilin aq atome sa do të kalonin nga E2 në E1, do të kalonin edhe nga E1 në E2. Për këtë arsye, mjediset krijohen duke përdorur tre ose katër nivele. Në rastin me tre nivele, atomet e mjedisit ngrihen në nivelin E3 përmes mënyrave të ndryshme, nga i cili përmes emetimit spontan (apo ndonjë mënyrë tjetër) kalojnë në nivelin E2, duke krijuar kështu popullimin invers në mes të E2 dhe E1. Në rastin me katër nivele, atomet e mjedisit që do aktivizojmë ngrihen në nivelin E4, nga i cili kalojnë në nivelin E3, duke krijuar popullim invers mes nivelit E3 dhe E2. Këtu përmes emetimit të stimuluar krijohet rrezatimi i laserit dhe atomet kalojnë në nivelin E2. Dhe në fund, përsëri kemi kalim të shpejtë të vetvetishëm nga niveli E2 në E1.
Veçantia e laserit qëndron në faktin që posedon karakteristikat e më poshtme në shkallë shumë të lartë:
- Monokromaticiteti – Në fizikë, dritë monokromatike zakonisht quajmë dritën me një frekuencë. Teorikisht, laseri do të duhet të emetonte vetëm në një frekuencë. Praktikisht, ai emeton në një rend të ngushtë frekuencash dhe praktikisht drita monokromatike nuk ekziston pasi që është thjesht idealizim teorik. Sidoqoftë, frekuencat në të cilat emeton laseri janë shumë afër dhe për pasojë të gjitha kanë të njëjtën ngjyrë.
- Koherenca – Nëse diferenca e fazave mes fushave elektrike në dy pika të ndryshme në frontin e valës është zero (drejtimi), themi se kemi koherencë hapësinore. Nëse diferenca e fazave mes dy fushave elektrike qëndron e njëjtë me kalimin e kohës (monokromaticiteti), themi se kemi koherencë kohore. Edhe këto janë koncepte të idealizuara, pasi që koherenca është zakonisht e pjesshme. Ndoshta shembulli më i mirë i koherencës mund të shihet te interferenca, ku për valë jokoherente nuk do të vërejmë interferencë.
- Drejtimi – Drita që del nga laseri nuk është e shpërndarë si te burimet e tjera të dritës, por ka drejtimin e dritës stimuluese. Pa këtë drejtim laseri nuk do të funksiononte pasi që nuk do kalonte nëpër mjedisin aktiv. Kjo është diçka që vërehet lehtë me çfarëdo laseri, pasi që edhe në distanca të mëdha, rrezja qëndron kompakte.
- Ndriçimi – Laserët zakonisht kanë fuqi të madhe dhe për këtë kanë dritë të fuqishme. Edhe kjo është një veçori e dukshme dhe është arsyeja pse kur punojmë me laserë duhet të përdorim masa mbrojtëse.
Burime:
1. "Principles of Lasers", Orazio Svelto
2. "Fundamentals of Photonics", Bahaa E. A. Saleh dhe Malvin Carl Teich
1. "Principles of Lasers", Orazio Svelto
2. "Fundamentals of Photonics", Bahaa E. A. Saleh dhe Malvin Carl Teich