Laser - Wikipedia

Laser đỏ (660 & 635nm), xanh lục (532 & 520nm) và laser xanh tím (445 & 405nm)

Laser là một thiết bị phát ra ánh sáng thông qua quá trình khuếch đại quang dựa trên sự phát xạ kích thích của bức xạ điện từ. Thuật ngữ "laser" có nguồn gốc từ viết tắt của " khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích ". ^[1][2] Tia laser đầu tiên được chế tạo vào năm 1960 bởi Theodore H. Maiman tại Phòng thí nghiệm nghiên cứu Hughes, dựa trên công trình lý thuyết của Charles Hard Townes và Arthur Leonard Schawlow.

Một tia laser khác với các nguồn ánh sáng khác ở chỗ nó phát ra ánh sáng mạch lạc . Sự kết hợp không gian cho phép tia laser được tập trung đến một điểm chặt chẽ, cho phép các ứng dụng như cắt laser và in thạch bản. Sự kết hợp không gian cũng cho phép một chùm tia laser thu hẹp trong khoảng cách lớn (đối chiếu), cho phép các ứng dụng như con trỏ laser và nắp. Laser cũng có thể có sự kết hợp thời gian cao, cho phép chúng phát ra ánh sáng với phổ rất hẹp, tức là, chúng có thể phát ra một màu ánh sáng. Ngoài ra, sự kết hợp thời gian có thể được sử dụng để tạo ra các xung ánh sáng với phổ rộng nhưng thời lượng ngắn như một phần giây ("xung ultrashort").

Laser được sử dụng trong các ổ đĩa quang, máy in laser, máy quét mã vạch, dụng cụ giải trình tự DNA, truyền thông quang học sợi quang và không gian tự do, phẫu thuật laser và điều trị da, vật liệu cắt và hàn, thiết bị thực thi pháp luật và quân sự để đánh dấu mục tiêu và đo phạm vi và tốc độ, và trong màn hình chiếu sáng laser để giải trí.

Nguyên tắc cơ bản

Kính viễn vọng hiện đại sử dụng các công nghệ laser để bù đắp cho hiệu ứng làm mờ của bầu khí quyển Trái đất. ^[3]

Laser được phân biệt với các nguồn sáng khác. Sự kết hợp không gian thường được thể hiện thông qua đầu ra là một chùm hẹp, bị giới hạn nhiễu xạ. Các chùm tia laser có thể được tập trung vào các điểm rất nhỏ, đạt được độ chiếu xạ rất cao hoặc chúng có thể có độ phân kỳ rất thấp để tập trung sức mạnh ở khoảng cách xa. Sự kết hợp tạm thời (hoặc theo chiều dọc) ngụ ý một sóng phân cực ở một tần số duy nhất, có pha tương quan với một khoảng cách tương đối lớn (độ dài kết hợp) dọc theo chùm tia. ^[4] Một chùm tia được tạo ra bởi một nguồn sáng hoặc nhiệt không liên tục khác có tức thời biên độ và pha thay đổi ngẫu nhiên theo thời gian và vị trí, do đó có độ dài kết hợp ngắn.

Laser được đặc trưng theo bước sóng của chúng trong chân không. Hầu hết các laser "bước sóng đơn" thực sự tạo ra bức xạ ở một số chế độ với các bước sóng hơi khác nhau. Mặc dù sự kết hợp thời gian ngụ ý sự đơn sắc, có những tia laser phát ra phổ ánh sáng rộng hoặc phát ra các bước sóng ánh sáng khác nhau cùng một lúc. Một số laser không phải là chế độ không gian đơn và có chùm sáng phân kỳ nhiều hơn mức yêu cầu của giới hạn nhiễu xạ. Tất cả các thiết bị như vậy được phân loại là "laser" dựa trên phương pháp tạo ra ánh sáng, tức là phát xạ kích thích. Laser được sử dụng trong đó ánh sáng của sự kết hợp không gian hoặc thời gian cần thiết không thể được tạo ra bằng cách sử dụng các công nghệ đơn giản hơn.

Thuật ngữ

Tia laser trong sương mù, phản chiếu trên kính chắn gió xe hơi

Từ laser bắt đầu như một từ viết tắt của "khuếch đại ánh sáng bằng cách phát xạ bức xạ". Trong cách sử dụng này, thuật ngữ "ánh sáng" bao gồm bức xạ điện từ ở bất kỳ tần số nào, không chỉ ánh sáng khả kiến, do đó, các thuật ngữ laser hồng ngoại laser cực tím Laser tia X và laser tia gamma . Bởi vì tiền thân của lò vi sóng là laser, maser, được phát triển đầu tiên, các thiết bị thuộc loại này hoạt động ở tần số vi sóng và sóng vô tuyến được gọi là "masers" thay vì "laser vi sóng" hay "laser radio". Trong các tài liệu kỹ thuật ban đầu, đặc biệt là tại Phòng thí nghiệm Điện thoại Bell, laser được gọi là máy quang học ; thuật ngữ này hiện đã lỗi thời. ^[5]

Một tia laser tự tạo ra ánh sáng là một bộ dao động quang học chứ không phải là bộ khuếch đại quang học được đề xuất bởi từ viết tắt. Người ta đã lưu ý một cách hài hước rằng từ viết tắt LOSER, cho "dao động ánh sáng do phát xạ kích thích", sẽ đúng hơn. ^[6] Với việc sử dụng rộng rãi các từ viết tắt ban đầu như một danh từ chung, các bộ khuếch đại quang học đã được nhắc đến là "bộ khuếch đại laser", bất chấp sự dư thừa rõ ràng trong chỉ định đó.

Động từ được tạo lại để lase thường được sử dụng trong lĩnh vực này, có nghĩa là "để tạo ra ánh sáng laser", ^[7] đặc biệt liên quan đến môi trường khuếch đại của laser; khi một tia laser đang hoạt động, nó được gọi là "phát quang". Tiếp tục sử dụng các từ laser và maser theo nghĩa mở rộng, không đề cập đến công nghệ hoặc thiết bị laser, có thể được nhìn thấy trong các ứng dụng như maser vật lý thiên văn và laser nguyên tử .

Thiết kế

Các thành phần của laser thông thường:

Hoạt hình giải thích phát xạ kích thích và nguyên lý laser

Một laser bao gồm một môi trường khuếch đại, một cơ chế để cung cấp năng lượng cho nó và một cái gì đó để cung cấp phản hồi quang học. [19659022] Môi trường khuếch đại là một vật liệu có các đặc tính cho phép nó khuếch đại ánh sáng bằng cách phát xạ kích thích. Ánh sáng của một bước sóng cụ thể đi qua môi trường khuếch đại được khuếch đại (tăng công suất).

Để môi trường khuếch đại khuếch đại ánh sáng, nó cần được cung cấp năng lượng trong một quá trình gọi là bơm. Năng lượng thường được cung cấp dưới dạng dòng điện hoặc ánh sáng ở bước sóng khác. Đèn bơm có thể được cung cấp bởi đèn flash hoặc bằng laser khác.

Loại laser phổ biến nhất sử dụng phản hồi từ khoang quang học, một cặp gương ở hai đầu của môi trường khuếch đại. Ánh sáng dội qua lại giữa các gương, đi qua môi trường khuếch đại và được khuếch đại mỗi lần. Thông thường, một trong hai gương, khớp nối đầu ra, trong suốt một phần. Một số ánh sáng thoát qua tấm gương này. Tùy thuộc vào thiết kế của khoang (dù gương phẳng hay cong), ánh sáng phát ra từ tia laser có thể lan ra hoặc tạo thành chùm sáng hẹp. Tương tự như bộ tạo dao động điện tử, thiết bị này đôi khi được gọi là bộ tạo dao động laser .

Hầu hết các laser thực tế có chứa các yếu tố bổ sung ảnh hưởng đến các tính chất của ánh sáng phát ra, chẳng hạn như sự phân cực, bước sóng và hình dạng của chùm tia.

Vật lý laser

Electron và cách chúng tương tác với các trường điện từ rất quan trọng trong sự hiểu biết của chúng ta về hóa học và vật lý.

Phát xạ kích thích

Theo quan điểm cổ điển, năng lượng của một electron quay quanh hạt nhân nguyên tử lớn hơn đối với quỹ đạo xa hơn từ hạt nhân của nguyên tử. Tuy nhiên, hiệu ứng cơ học lượng tử buộc các electron phải đảm nhận các vị trí riêng biệt trên quỹ đạo. Do đó, các electron được tìm thấy ở các mức năng lượng cụ thể của một nguyên tử, hai trong số đó được hiển thị dưới đây:

Khi một electron hấp thụ năng lượng từ ánh sáng (photon) hoặc nhiệt (phonon), nó sẽ nhận được lượng tử năng lượng đó. Nhưng quá trình chuyển đổi chỉ được phép ở giữa các mức năng lượng riêng biệt như hai mức được hiển thị ở trên. Điều này dẫn đến đường phát xạ và đường hấp thụ.

Khi một electron bị kích thích từ mức năng lượng thấp hơn đến mức năng lượng cao hơn, nó sẽ không duy trì như vậy mãi mãi. Một electron ở trạng thái kích thích có thể phân rã thành trạng thái năng lượng thấp hơn không bị chiếm giữ, theo một hằng số thời gian cụ thể đặc trưng cho quá trình chuyển đổi đó. Khi một electron như vậy phân rã mà không có ảnh hưởng bên ngoài, phát ra một photon, được gọi là "phát xạ tự phát". Pha liên kết với photon được phát ra là ngẫu nhiên. Do đó, một vật liệu có nhiều nguyên tử ở trạng thái kích thích như vậy có thể dẫn đến bức xạ bị giới hạn rất phổ (tập trung quanh một bước sóng ánh sáng), nhưng các photon riêng lẻ sẽ không có mối quan hệ pha chung và sẽ phát ra theo các hướng ngẫu nhiên. Đây là cơ chế phát huỳnh quang và phát nhiệt.

Một trường điện từ bên ngoài ở tần số liên quan đến quá trình chuyển đổi có thể ảnh hưởng đến trạng thái cơ học lượng tử của nguyên tử. Khi electron trong nguyên tử tạo ra sự chuyển tiếp giữa hai trạng thái đứng yên (cả hai đều không có trường lưỡng cực), nó đi vào trạng thái chuyển tiếp có trường lưỡng cực và hoạt động như một lưỡng cực điện nhỏ, và lưỡng cực này dao động ở một tần số đặc trưng. Để đáp ứng với điện trường ngoài ở tần số này, xác suất nguyên tử đi vào trạng thái chuyển tiếp này được tăng lên rất nhiều. Do đó, tốc độ chuyển tiếp giữa hai trạng thái đứng yên được tăng cường vượt quá do phát xạ tự phát. Sự chuyển đổi như vậy sang trạng thái cao hơn được gọi là sự hấp thụ và nó phá hủy một photon tới (năng lượng của photon đi vào cung cấp năng lượng cho năng lượng tăng của trạng thái cao hơn). Tuy nhiên, quá trình chuyển từ trạng thái năng lượng cao hơn sang trạng thái năng lượng thấp hơn sẽ tạo ra một photon bổ sung; đây là quá trình phát xạ kích thích .

Tăng trung bình và khoang

Một cuộc trình diễn laser neon helium tại Phòng thí nghiệm Kastler-Brossel tại Univ. Paris 6. Ánh sáng màu hồng cam chạy qua trung tâm của ống là từ sự phóng điện tạo ra ánh sáng không liên tục, giống như trong ống neon. Plasma phát sáng này bị kích thích và sau đó hoạt động như môi trường khuếch đại mà qua đó chùm tia bên trong đi qua, vì nó được phản xạ giữa hai gương. Có thể nhìn thấy tia laser qua gương trước để tạo ra một điểm cực nhỏ (đường kính khoảng 1 mm) trên màn hình, ở bên phải. Mặc dù có màu đỏ đậm và thuần khiết, nhưng các đốm ánh sáng laser rất mạnh đến nỗi các máy ảnh thường bị phơi sáng quá mức và làm biến dạng màu sắc của chúng.

Quang phổ của laser neon helium minh họa độ tinh khiết phổ rất cao (bị giới hạn bởi thiết bị đo). Băng thông 0,002nm của môi trường phát quang hẹp hơn 10.000 lần so với độ rộng phổ của diode phát sáng (có phổ được hiển thị ở đây để so sánh), với băng thông của chế độ dọc đơn lẻ là nhiều vẫn hẹp hơn.

Môi trường khuếch đại được đưa vào trạng thái kích thích bởi một nguồn năng lượng bên ngoài. Trong hầu hết các laser, môi trường này bao gồm một quần thể các nguyên tử bị kích thích ở trạng thái như vậy bằng nguồn sáng bên ngoài hoặc trường điện cung cấp năng lượng cho các nguyên tử hấp thụ và chuyển thành trạng thái kích thích của chúng.

Môi trường khuếch đại của laser thường là vật liệu có độ tinh khiết, kích thước, nồng độ và hình dạng được kiểm soát, khuếch đại chùm tia bằng quá trình phát xạ kích thích được mô tả ở trên. Vật liệu này có thể ở bất kỳ trạng thái nào: khí, lỏng, rắn hoặc plasma. Môi trường khuếch đại hấp thụ năng lượng bơm, làm tăng một số điện tử thành trạng thái lượng tử năng lượng cao hơn ("kích thích"). Các hạt có thể tương tác với ánh sáng bằng cách hấp thụ hoặc phát ra các photon. Phát xạ có thể tự phát hoặc kích thích. Trong trường hợp sau, photon được phát ra cùng hướng với ánh sáng đi qua. Khi số lượng hạt trong một trạng thái kích thích vượt quá số lượng hạt ở một số trạng thái năng lượng thấp hơn, sự đảo ngược dân số đạt được và lượng phát xạ kích thích do ánh sáng đi qua lớn hơn lượng hấp thụ. Do đó, ánh sáng được khuếch đại. Chính nó, điều này làm cho một bộ khuếch đại quang học. Khi một bộ khuếch đại quang học được đặt bên trong một khoang quang cộng hưởng, người ta sẽ có được một bộ dao động laser. ^[9]

Trong một vài tình huống, có thể có được phát xạ chỉ với một lần phát bức xạ EM qua thu được môi trường, và điều này tạo ra chùm tia laser mà không cần khoang cộng hưởng hoặc phản xạ (xem ví dụ laser nitơ). ^[10] Vì vậy, sự phản xạ trong khoang cộng hưởng thường là cần thiết cho laser, nhưng không thực sự cần thiết.

Bộ cộng hưởng quang đôi khi được gọi là "khoang quang", nhưng đây là một cách gọi sai: laser sử dụng các bộ cộng hưởng mở trái ngược với khoang chữ sẽ được sử dụng ở tần số vi sóng trong máy nghiền. Bộ cộng hưởng thường bao gồm hai gương giữa đó một chùm ánh sáng kết hợp truyền theo cả hai hướng, phản xạ lại chính nó để một photon trung bình sẽ đi qua môi trường khuếch đại nhiều lần trước khi nó phát ra từ khẩu độ đầu ra hoặc bị mất nhiễu xạ hoặc hấp thụ. Nếu độ khuếch đại (khuếch đại) trong môi trường lớn hơn tổn thất của bộ cộng hưởng, thì công suất của ánh sáng tuần hoàn có thể tăng theo cấp số nhân. Nhưng mỗi sự kiện phát xạ kích thích sẽ trả lại một nguyên tử từ trạng thái kích thích của nó về trạng thái cơ bản, làm giảm mức tăng của môi trường. Với công suất chùm tia tăng, độ lợi ròng (tăng trừ đi) giảm xuống mức thống nhất và môi trường khuếch đại được cho là bão hòa. Trong laser sóng liên tục (CW), sự cân bằng của công suất bơm chống lại độ bão hòa và tổn thất khoang tạo ra giá trị cân bằng của công suất laser bên trong khoang; trạng thái cân bằng này xác định điểm hoạt động của laser. Nếu công suất bơm ứng dụng quá nhỏ, mức tăng sẽ không bao giờ đủ để khắc phục tổn thất khoang và ánh sáng laser sẽ không được tạo ra. Công suất bơm tối thiểu cần thiết để bắt đầu hành động laser được gọi là ngưỡng bắt đầu . Môi trường khuếch đại sẽ khuếch đại bất kỳ photon nào đi qua nó, bất kể hướng nào; nhưng chỉ các photon ở chế độ không gian được hỗ trợ bởi bộ cộng hưởng sẽ truyền nhiều lần qua môi trường và nhận được sự khuếch đại đáng kể.

Ánh sáng phát ra

Trong hầu hết các laser, phát laser bắt đầu bằng sự phát xạ kích thích khuếch đại ngẫu nhiên các photon phát ra tự phát có trong môi trường khuếch đại. Phát xạ kích thích tạo ra ánh sáng phù hợp với tín hiệu đầu vào theo bước sóng, pha và phân cực. Điều này, kết hợp với hiệu ứng lọc của bộ cộng hưởng quang mang lại cho ánh sáng laser sự kết hợp đặc trưng của nó và có thể mang lại cho nó sự phân cực và đơn sắc đồng nhất, tùy thuộc vào thiết kế của bộ cộng hưởng. Một số laser sử dụng một máy gieo hạt riêng biệt để bắt đầu quá trình với một chùm tia đã được kết hợp chặt chẽ. Điều này có thể tạo ra các chùm tia với phổ hẹp hơn so với khả năng khác.

Nhiều tia laser tạo ra chùm tia có thể xấp xỉ bằng chùm tia Gaussian; các chùm như vậy có độ phân kỳ tối thiểu có thể cho một đường kính chùm cho trước. Một số laser, đặc biệt là các loại năng lượng cao, tạo ra các chùm tia đa mode, với các chế độ ngang thường được xấp xỉ bằng các hàm Gaussian hoặc Laguerre-Gaussian của Hermite. Một số laser công suất cao sử dụng cấu hình phẳng trên đỉnh được gọi là "chùm tia". Các bộ cộng hưởng laser không ổn định (không được sử dụng trong hầu hết các laser) tạo ra các chùm hình dạng fractal. ^[11] Các hệ thống quang học chuyên dụng có thể tạo ra các dạng hình học chùm phức tạp hơn, chẳng hạn như chùm Bessel và xoáy quang.

Gần "eo" (hoặc vùng tiêu cự) của chùm tia laser, nó rất cao chuẩn trực : các mặt sóng là mặt phẳng, bình thường theo hướng truyền, không có sự phân kỳ chùm tia tại điểm đó. Tuy nhiên, do nhiễu xạ, điều đó chỉ có thể duy trì đúng trong phạm vi Rayleigh. Chùm tia của một laser chế độ ngang đơn (tia gaussian) cuối cùng phân kỳ ở một góc thay đổi ngược với đường kính chùm tia, theo yêu cầu của lý thuyết nhiễu xạ. Do đó, "chùm bút chì" được tạo ra trực tiếp bởi laser neon helium bù thông thường sẽ lan ra tới kích thước có thể là 500 km khi chiếu lên Mặt trăng (từ khoảng cách trái đất). Mặt khác, ánh sáng từ laser bán dẫn thường thoát ra khỏi tinh thể nhỏ bé với độ phân kỳ lớn: lên tới 50 °. Tuy nhiên, ngay cả một chùm tia phân kỳ như vậy cũng có thể được chuyển thành chùm sáng chuẩn trực tương tự bằng hệ thống thấu kính, ví dụ như luôn luôn được bao gồm trong một con trỏ laser có ánh sáng phát ra từ một diode laser. Điều đó có thể là do ánh sáng của một chế độ không gian duy nhất. Tính chất độc đáo này của ánh sáng laser, sự kết hợp không gian, không thể được sao chép bằng cách sử dụng các nguồn ánh sáng tiêu chuẩn (ngoại trừ bằng cách loại bỏ hầu hết ánh sáng) như có thể được đánh giá bằng cách so sánh chùm tia từ đèn pin (đèn pin) hoặc đèn chiếu với hầu hết mọi loại laser.

Một profiler chùm tia laser được sử dụng để đo hồ sơ cường độ, chiều rộng và độ phân kỳ của chùm tia laser.

Sự phản xạ khuếch tán của chùm tia laser từ bề mặt mờ tạo ra mô hình đốm với các đặc tính thú vị.

Các quá trình phát xạ lượng tử so với cổ điển

Cơ chế tạo ra bức xạ trong laser dựa vào phát xạ kích thích, trong đó năng lượng được chiết xuất từ ​​quá trình chuyển đổi trong nguyên tử hoặc phân tử. Đây là một hiện tượng lượng tử được phát hiện bởi Einstein, người đã rút ra mối quan hệ giữa hệ số A mô tả phát xạ tự phát và hệ số B áp dụng cho hấp thụ và phát xạ kích thích. Tuy nhiên, trong trường hợp laser điện tử tự do, mức năng lượng nguyên tử không liên quan; có vẻ như hoạt động của thiết bị khá kỳ lạ này có thể được giải thích mà không cần tham khảo cơ học lượng tử.

Các chế độ hoạt động liên tục và xung

Máy đo độ cao Mercury Laser (MLA) của tàu vũ trụ MESSENGER

Một laser có thể được phân loại là hoạt động ở chế độ liên tục hoặc xung, tùy thuộc vào việc sản lượng năng lượng có liên tục theo thời gian hay không hoặc liệu đầu ra của nó có dạng các xung ánh sáng theo thang thời gian này hay không. Tất nhiên, ngay cả một laser có đầu ra thường liên tục cũng có thể được bật và tắt một cách có chủ ý ở một tốc độ nào đó để tạo ra các xung ánh sáng. Khi tốc độ điều chế ở quy mô thời gian chậm hơn nhiều so với tuổi thọ của khoang và khoảng thời gian mà năng lượng có thể được lưu trữ trong môi trường phát laser hoặc cơ chế bơm, thì nó vẫn được phân loại là laser sóng liên tục "điều chế" hoặc "xung". Hầu hết các điốt laser được sử dụng trong các hệ thống truyền thông thuộc loại đó.

Hoạt động sóng liên tục

Một số ứng dụng của laser phụ thuộc vào chùm tia có công suất đầu ra không đổi theo thời gian. Một laser như vậy được gọi là sóng liên tục ( CW ). Nhiều loại laser có thể được chế tạo để hoạt động ở chế độ sóng liên tục để đáp ứng ứng dụng như vậy. Thực tế, nhiều tia laser này thực sự phát ra ở một số chế độ dọc cùng một lúc và nhịp giữa các tần số quang hơi khác nhau của các dao động đó, trên thực tế, sẽ tạo ra sự thay đổi biên độ trên thang thời gian ngắn hơn thời gian khứ hồi (tần số nghịch đảo của tần số khoảng cách giữa các chế độ), thường là vài nano giây hoặc ít hơn. Trong hầu hết các trường hợp, các laser này vẫn được gọi là "sóng liên tục" vì công suất đầu ra của chúng ổn định khi lấy trung bình trong bất kỳ khoảng thời gian dài hơn nào, với các biến thể công suất tần số rất cao có ít hoặc không có tác động trong ứng dụng dự định. (Tuy nhiên, thuật ngữ này không được áp dụng cho các laser bị khóa chế độ, trong đó ý định là tạo ra các xung rất ngắn theo tốc độ của thời gian khứ hồi.)

Để vận hành sóng liên tục, cần phải đảo ngược dân số của môi trường khuếch đại để được bổ sung liên tục bằng nguồn bơm ổn định. Trong một số phương tiện truyền thông, điều này là không thể. Trong một số laser khác, nó sẽ yêu cầu bơm laser ở mức năng lượng liên tục rất cao, điều này là không thực tế hoặc phá hủy laser bằng cách tạo ra nhiệt quá mức. Những laser như vậy không thể chạy trong chế độ CW.

Hoạt động xung

Hoạt động xung của laser liên quan đến bất kỳ laser nào không được phân loại là sóng liên tục, do đó công suất quang xuất hiện trong các xung trong một khoảng thời gian với tốc độ lặp lại. Điều này bao gồm một loạt các công nghệ giải quyết một số động lực khác nhau. Một số laser được tạo xung đơn giản vì chúng không thể chạy ở chế độ liên tục.

Trong các trường hợp khác, ứng dụng yêu cầu sản xuất các xung có năng lượng càng lớn càng tốt. Vì năng lượng xung bằng công suất trung bình chia cho tốc độ lặp lại, đôi khi mục tiêu này có thể được thỏa mãn bằng cách hạ thấp tốc độ của xung để có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn giữa các xung. Ví dụ, trong quá trình cắt laze, một khối lượng nhỏ vật liệu ở bề mặt của chi tiết gia công có thể bị bay hơi nếu nó được nung nóng trong một thời gian rất ngắn, trong khi việc cung cấp năng lượng dần dần sẽ cho phép nhiệt được hấp thụ vào phần lớn của mảnh, không bao giờ đạt được nhiệt độ đủ cao tại một điểm cụ thể.

Các ứng dụng khác dựa vào công suất xung cực đại (chứ không phải năng lượng trong xung), đặc biệt là để thu được các hiệu ứng quang phi tuyến. Đối với một năng lượng xung nhất định, điều này đòi hỏi phải tạo ra các xung có thời gian ngắn nhất có thể sử dụng các kỹ thuật như Q-switching.

Băng thông quang của xung không thể hẹp hơn so với độ rộng của độ rộng xung. Trong trường hợp các xung cực ngắn, điều đó hàm ý phát tán trên một băng thông đáng kể, hoàn toàn trái ngược với băng thông rất hẹp điển hình của laser CW. Môi trường phát quang trong một số laser nhuộm và Laser trạng thái rắn Vibronic tạo ra mức tăng quang học trên một băng thông rộng, tạo ra một tia laser có thể tạo ra các xung ánh sáng chỉ trong vài giây (10 ⁻¹⁵ s).

Q-switching

Trong laser Q-switching, đảo ngược dân số được phép xây dựng bằng cách đưa ra tổn thất bên trong bộ cộng hưởng vượt quá mức tăng của môi trường; điều này cũng có thể được mô tả như là giảm yếu tố chất lượng hoặc 'Q' của khoang. Sau đó, sau khi năng lượng bơm được lưu trữ trong môi trường laser đã đạt đến mức tối đa có thể, cơ chế tổn thất được giới thiệu (thường là một phần tử quang điện hoặc âm) được loại bỏ nhanh chóng (hoặc tự xuất hiện trong một thiết bị thụ động), cho phép phát ra để bắt đầu nhanh chóng thu được năng lượng lưu trữ trong môi trường khuếch đại. Điều này dẫn đến một xung ngắn kết hợp năng lượng đó, và do đó công suất cực đại cao.

Khóa chế độ

Một laser bị khóa chế độ có khả năng phát ra các xung cực ngắn theo thứ tự hàng chục picos giây xuống dưới 10 fse giây. Các xung này sẽ lặp lại ở thời gian khứ hồi, nghĩa là thời gian cần ánh sáng để hoàn thành một chuyến đi khứ hồi giữa các gương bao gồm bộ cộng hưởng. Do giới hạn Fourier (còn được gọi là độ không đảm bảo thời gian năng lượng), một xung có độ dài thời gian ngắn như vậy có phổ trải rộng trên một băng thông đáng kể. Do đó, môi trường khuếch đại như vậy phải có băng thông khuếch đại đủ rộng để khuếch đại các tần số đó. Một ví dụ về một vật liệu phù hợp là sapphire pha tạp titan, được phát triển nhân tạo (Ti: sapphire) có băng thông khuếch đại rất rộng và do đó có thể tạo ra các xung chỉ trong thời gian vài giây.

Các laser bị khóa chế độ như vậy là một công cụ linh hoạt nhất để nghiên cứu các quá trình xảy ra trên thang thời gian cực ngắn (được gọi là vật lý xương đùi, hóa học xương đùi và khoa học cực nhanh), để tối đa hóa hiệu quả của phi tuyến trong vật liệu quang học (ví dụ như trong sóng hài thứ hai thế hệ, chuyển đổi xuống tham số, dao động tham số quang và tương tự). Do công suất cực đại lớn và khả năng tạo ra các chuỗi ổn định pha của các xung laser cực nhanh, các laser cực nhanh khóa chế độ làm cơ sở cho các ứng dụng đo lường và quang phổ chính xác. ^[12]

Bơm xung

Một phương pháp khác để đạt được hoạt động của xung laser là bơm vật liệu laser có nguồn phát xung, hoặc thông qua sạc điện tử trong trường hợp đèn flash hoặc laser khác đã được phát xung. Bơm xung được sử dụng trong lịch sử với laser nhuộm trong đó thời gian tồn tại đảo ngược của một phân tử thuốc nhuộm quá ngắn đến mức cần một bơm năng lượng cao, nhanh. Cách để khắc phục vấn đề này là sạc các tụ điện lớn sau đó được chuyển sang phóng điện qua đèn flash, tạo ra một ánh sáng cực mạnh. Bơm xung cũng được yêu cầu đối với laser ba cấp trong đó mức năng lượng thấp hơn nhanh chóng trở nên phổ biến, ngăn chặn sự phát triển tiếp theo cho đến khi các nguyên tử đó thư giãn về trạng thái cơ bản. Những laser này, chẳng hạn như laser excimer và laser hơi đồng, không bao giờ có thể được vận hành ở chế độ CW.

Lịch sử

Các nền tảng

Năm 1917, Albert Einstein đã thiết lập nền tảng lý thuyết cho laser và maser trong bài báo Zur Quantentheorie der Strahlung (Về lý thuyết lượng tử bức xạ) - mô tả định luật bức xạ của Max Planck, dựa trên khái niệm dựa trên các hệ số xác suất (hệ số Einstein) cho sự hấp thụ, phát xạ tự phát và phát xạ kích thích của bức xạ điện từ. ^[13] Năm 1928, Rudolf W. Ladenburg đã xác nhận sự tồn tại của các hiện tượng kích thích phát xạ và hấp thụ âm. ^[14] Năm 1939, Valentin A. Fabrikant dự đoán việc sử dụng phát xạ kích thích để khuếch đại sóng "ngắn". ^[15] Năm 1947, Willis E. Lamb và RC Retherford đã tìm thấy phát xạ kích thích rõ ràng trong quang phổ hydro và thực hiện cuộc biểu tình đầu tiên về phát xạ kích thích. ^[14] Năm 1950, Alfred Kastler (Giải thưởng Nobel Vật lý 1966) đã đề xuất phương pháp bơm quang học, được xác nhận bằng thực nghiệm, hai năm sau, bởi Brossel, Kastler và Mùa đông. ^[16]

Maser

Năm 1951, Joseph Weber đã gửi một bài báo về việc sử dụng khí thải kích thích để tạo ra một bộ khuếch đại vi sóng cho Hội nghị nghiên cứu ống chân không của Viện Kỹ sư vô tuyến tại Ottawa, Ontario, Canada. ^[17] Sau bài thuyết trình này, RCA đã yêu cầu Weber tổ chức một buổi hội thảo về ý tưởng này và Charles Hard Townes đã yêu cầu anh ta cho một bản sao của bài báo. ^[18]

Năm 1953, Charles Hard Townes và nghiên cứu sinh James P. Gordon và Herbert J. Zeiger đã sản xuất bộ khuếch đại vi sóng đầu tiên, một thiết bị hoạt động dựa trên các nguyên lý tương tự như laser, nhưng khuếch đại bức xạ vi sóng hơn là bức xạ hồng ngoại hoặc nhìn thấy được. Maser của Townes không có khả năng đầu ra liên tục. ^{[ cần trích dẫn ]} Trong khi đó, ở Liên Xô, Nikolay Basov và Aleksandr Prokhorov đã làm việc độc lập với bộ dao động lượng tử và giải quyết vấn đề liên tục- hệ thống đầu ra bằng cách sử dụng nhiều hơn hai mức năng lượng. Các phương tiện truyền thông đạt được này có thể giải phóng khí thải kích thích giữa trạng thái kích thích và trạng thái kích thích thấp hơn, chứ không phải trạng thái cơ bản, tạo điều kiện cho việc duy trì đảo ngược dân số. Năm 1955, Prokhorov và Basov đã đề xuất bơm quang của một hệ thống đa cấp như một phương pháp để có được sự đảo ngược dân số, sau này là phương pháp chính của bơm laser.

Townes báo cáo rằng một số nhà vật lý nổi tiếng trong số họ là Niels Bohr, John von Neumann và Llewellyn Thomas vuốt đã lập luận rằng maser đã vi phạm nguyên tắc bất định của Heisenberg và do đó không thể hoạt động. Những người khác như Isidor Rabi và Polykarp Kusch dự đoán rằng nó sẽ không thực tế và không đáng để nỗ lực. ^[19] Năm 1964 Charles H. Townes, Nikolay Basov và Aleksandr Prokhorov đã chia sẻ giải thưởng Nobel về Vật lý, "cho công việc cơ bản trong lĩnh vực này của điện tử lượng tử, đã dẫn đến việc xây dựng các bộ dao động và bộ khuếch đại dựa trên nguyên lý laser maser siêu ".

Laser

Năm 1957, Charles Hard Townes và Arthur Leonard Schawlow, sau đó tại Bell Labs, bắt đầu một nghiên cứu nghiêm túc về laser hồng ngoại. Khi các ý tưởng phát triển, họ đã từ bỏ bức xạ hồng ngoại để tập trung vào ánh sáng khả kiến. Khái niệm ban đầu được gọi là "maser quang". Năm 1958, Bell Labs đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho maser quang được đề xuất của họ; và Schawlow và Townes đã gửi một bản thảo các tính toán lý thuyết của họ cho Đánh giá vật lý được xuất bản năm đó trong Tập 112, Số 6.

Máy tính xách tay LASER: Trang đầu tiên của cuốn sổ trong đó Gordon Gould đã viết tắt từ viết tắt LASER và mô tả các yếu tố để xây dựng thiết bị.

Đồng thời, tại Đại học Columbia, nghiên cứu sinh Gordon Gould đang làm luận án tiến sĩ. về mức năng lượng của tali kích thích. Khi Gould và Townes gặp nhau, họ đã nói về phát xạ bức xạ, như một chủ đề chung; Sau đó, vào tháng 11 năm 1957, Gould lưu ý các ý tưởng của mình về "laser", bao gồm sử dụng bộ cộng hưởng mở (sau này là một thành phần thiết bị laser thiết yếu). Hơn nữa, vào năm 1958, Prokhorov đã đề xuất một cách độc lập bằng cách sử dụng bộ cộng hưởng mở, lần xuất hiện đầu tiên (ở Liên Xô) của ý tưởng này. Ở những nơi khác, ở Hoa Kỳ, Schawlow và Townes đã đồng ý thiết kế laser cộng hưởng mở - dường như không biết gì về các ấn phẩm của Prokhorov và công việc laser chưa được công bố của Gould.

Tại một hội nghị năm 1959, Gordon Gould đã xuất bản thuật ngữ LASER trong bài báo LASER, Sự khuếch đại ánh sáng bằng sự phát xạ kích thích . ^[1][6] Ý định ngôn ngữ của Gould đang sử dụng từ "-aser" như một hậu tố - để biểu thị chính xác quang phổ của ánh sáng phát ra từ thiết bị LASER; do đó x-quang: xaser tia cực tím: uvaser et cetera; không có thiết lập nào như là một thuật ngữ riêng biệt, mặc dù "raser" là phổ biến ngắn gọn để biểu thị các thiết bị phát tần số vô tuyến.

Ghi chú của Gould bao gồm các ứng dụng khả thi cho laser, chẳng hạn như phép đo phổ, giao thoa kế, radar và phản ứng tổng hợp hạt nhân. Ông tiếp tục phát triển ý tưởng và nộp đơn xin cấp bằng sáng chế vào tháng 4 năm 1959. Văn phòng Bằng sáng chế Hoa Kỳ đã từ chối đơn đăng ký của ông và trao bằng sáng chế cho Bell Labs vào năm 1960. Điều đó đã gây ra một vụ kiện hai mươi tám năm, có uy tín khoa học và tiền bạc như cổ phần. Gould đã giành được bằng sáng chế nhỏ đầu tiên vào năm 1977, nhưng mãi đến năm 1987, ông mới giành được chiến thắng trong vụ kiện bằng sáng chế quan trọng đầu tiên, khi một thẩm phán Liên bang ra lệnh cho Văn phòng Bằng sáng chế Hoa Kỳ cấp bằng sáng chế cho Gould cho các thiết bị laser phóng khí và bơm khí. Câu hỏi về cách chỉ định tín dụng cho việc phát minh ra laser vẫn chưa được các nhà sử học giải quyết. ^[20]

Vào ngày 16 tháng 5 năm 1960, Theodore H. Maiman đã vận hành laser hoạt động đầu tiên ^[21][22] tại Hughes Research Các phòng thí nghiệm, Malibu, California, trước một số nhóm nghiên cứu, bao gồm những người của Townes, tại Đại học Columbia, Arthur Schawlow, tại Bell Labs, ^[23] và Gould, tại công ty TRG (Nhóm nghiên cứu kỹ thuật). Laser chức năng của Maiman đã sử dụng một tinh thể ruby ​​tổng hợp được bơm bằng đèn flash trạng thái rắn để tạo ra ánh sáng laser đỏ, ở bước sóng 694 nanomet; tuy nhiên, thiết bị chỉ có khả năng hoạt động xung, vì sơ đồ thiết kế bơm ba cấp của nó. Later that year, the Iranian physicist Ali Javan, and William R. Bennett, and Donald Herriott, constructed the first gas laser, using helium and neon that was capable of continuous operation in the infrared (U.S. Patent 3,149,290); later, Javan received the Albert Einstein Award in 1993. Basov and Javan proposed the semiconductor laser diode concept. In 1962, Robert N. Hall demonstrated the first laser diode device, which was made of gallium arsenide and emitted in the near-infrared band of the spectrum at 850 nm. Later that year, Nick Holonyak, Jr. demonstrated the first semiconductor laser with a visible emission. This first semiconductor laser could only be used in pulsed-beam operation, and when cooled to liquid nitrogen temperatures (77 K). In 1970, Zhores Alferov, in the USSR, and Izuo Hayashi and Morton Panish of Bell Telephone Laboratories also independently developed room-temperature, continual-operation diode lasers, using the heterojunction structure.

Recent innovations

Graph showing the history of maximum laser pulse intensity throughout the past 40 years.

Since the early period of laser history, laser research has produced a variety of improved and specialized laser types, optimized for different performance goals, including:

• new wavelength bands
• maximum average output power
• maximum peak pulse energy
• maximum peak pulse power
• minimum output pulse duration
• minimum linewidth
• maximum power efficiency
• minimum cost

and this research continues to this day.

In 2017, researchers at TU Delft demonstrated an AC Josephson junction microwave laser.^[24] Since the laser operates in the superconducting regime, it is more stable than other semiconductor-based lasers. The device has potential for applications in quantum computing.^[25] In 2017, researchers at TU Munich demonstrated the smallest mode locking laser capable of emitting pairs of phase-locked picosecond laser pulses with a repetition frequency up to 200 GHz.^[12]

In 2017, researchers from the Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), together with US researchers from JILA, a joint institute of the National Institute of Standards and Technology (NIST) and the University of Colorado Boulder, established a new world record by developing an erbium-doped fiber laser with a linewidth of only 10 millihertz.^[26][27]

Types and operating principles

Wavelengths of commercially available lasers. Laser types with distinct laser lines are shown above the wavelength bar, while below are shown lasers that can emit in a wavelength range. The color codifies the type of laser material (see the figure description for more details).

Gas lasers

Following the invention of the HeNe gas laser, many other gas discharges have been found to amplify light coherently. Gas lasers using many different gases have been built and used for many purposes. The helium–neon laser (HeNe) is able to operate at a number of different wavelengths, however the vast majority are engineered to lase at 633 nm; these relatively low cost but highly coherent lasers are extremely common in optical research and educational laboratories. Commercial carbon dioxide (CO₂) lasers can emit many hundreds of watts in a single spatial mode which can be concentrated into a tiny spot. This emission is in the thermal infrared at 10.6 µm; such lasers are regularly used in industry for cutting and welding. The efficiency of a CO₂ laser is unusually high: over 30%.^[28]Argon-ion lasers can operate at a number of lasing transitions between 351 and 528.7 nm. Depending on the optical design one or more of these transitions can be lasing simultaneously; the most commonly used lines are 458 nm, 488 nm and 514.5 nm. A nitrogen transverse electrical discharge in gas at atmospheric pressure (TEA) laser is an inexpensive gas laser, often home-built by hobbyists, which produces rather incoherent UV light at 337.1 nm.^[29] Metal ion lasers are gas lasers that generate deep ultraviolet wavelengths. Helium-silver (HeAg) 224 nm and neon-copper (NeCu) 248 nm are two examples. Like all low-pressure gas lasers, the gain media of these lasers have quite narrow oscillation linewidths, less than 3 GHz (0.5 picometers),^[30] making them candidates for use in fluorescence suppressed Raman spectroscopy.

Chemical lasers

Chemical lasers are powered by a chemical reaction permitting a large amount of energy to be released quickly. Such very high power lasers are especially of interest to the military, however continuous wave chemical lasers at very high power levels, fed by streams of gasses, have been developed and have some industrial applications. As examples, in the hydrogen fluoride laser (2700–2900 nm) and the deuterium fluoride laser (3800 nm) the reaction is the combination of hydrogen or deuterium gas with combustion products of ethylene in nitrogen trifluoride.

Excimer lasers

Excimer lasers are a special sort of gas laser powered by an electric discharge in which the lasing medium is an excimer, or more precisely an exciplex in existing designs. These are molecules which can only exist with one atom in an excited electronic state. Once the molecule transfers its excitation energy to a photon, its atoms are no longer bound to each other and the molecule disintegrates. This drastically reduces the population of the lower energy state thus greatly facilitating a population inversion. Excimers currently used are all noble gas compounds; noble gasses are chemically inert and can only form compounds while in an excited state. Excimer lasers typically operate at ultraviolet wavelengths with major applications including semiconductor photolithography and LASIK eye surgery. Commonly used excimer molecules include ArF (emission at 193 nm), KrCl (222 nm), KrF (248 nm), XeCl (308 nm), and XeF (351 nm).^[31] The molecular fluorine laser, emitting at 157 nm in the vacuum ultraviolet is sometimes referred to as an excimer laser, however this appears to be a misnomer inasmuch as F₂ is a stable compound.

Solid-state lasers

Solid-state lasers use a crystalline or glass rod which is "doped" with ions that provide the required energy states. For example, the first working laser was a ruby laser, made from ruby (chromium-doped corundum). The population inversion is actually maintained in the dopant. These materials are pumped optically using a shorter wavelength than the lasing wavelength, often from a flashtube or from another laser. The usage of the term "solid-state" in laser physics is narrower than in typical use. Semiconductor lasers (laser diodes) are typically not referred to as solid-state lasers.

Neodymium is a common dopant in various solid-state laser crystals, including yttrium orthovanadate (Nd:YVO₄), yttrium lithium fluoride (Nd:YLF) and yttrium aluminium garnet (Nd:YAG). All these lasers can produce high powers in the infrared spectrum at 1064 nm. They are used for cutting, welding and marking of metals and other materials, and also in spectroscopy and for pumping dye lasers. These lasers are also commonly frequency doubled, tripled or quadrupled to produce 532 nm (green, visible), 355 nm and 266 nm (UV) beams, respectively. Frequency-doubled diode-pumped solid-state (DPSS) lasers are used to make bright green laser pointers.

Ytterbium, holmium, thulium, and erbium are other common "dopants" in solid-state lasers.^[32] Ytterbium is used in crystals such as Yb:YAG, Yb:KGW, Yb:KYW, Yb:SYS, Yb:BOYS, Yb:CaF₂typically operating around 1020–1050 nm. They are potentially very efficient and high powered due to a small quantum defect. Extremely high powers in ultrashort pulses can be achieved with Yb:YAG. Holmium-doped YAG crystals emit at 2097 nm and form an efficient laser operating at infrared wavelengths strongly absorbed by water-bearing tissues. The Ho-YAG is usually operated in a pulsed mode, and passed through optical fiber surgical devices to resurface joints, remove rot from teeth, vaporize cancers, and pulverize kidney and gall stones.

Titanium-doped sapphire (Ti:sapphire) produces a highly tunable infrared laser, commonly used for spectroscopy. It is also notable for use as a mode-locked laser producing ultrashort pulses of extremely high peak power.

Thermal limitations in solid-state lasers arise from unconverted pump power that heats the medium. This heat, when coupled with a high thermo-optic coefficient (dn/dT) can cause thermal lensing and reduce the quantum efficiency. Diode-pumped thin disk lasers overcome these issues by having a gain medium that is much thinner than the diameter of the pump beam. This allows for a more uniform temperature in the material. Thin disk lasers have been shown to produce beams of up to one kilowatt.^[33]

Fiber lasers

Solid-state lasers or laser amplifiers where the light is guided due to the total internal reflection in a single mode optical fiber are instead called fiber lasers. Guiding of light allows extremely long gain regions providing good cooling conditions; fibers have high surface area to volume ratio which allows efficient cooling. In addition, the fiber's waveguiding properties tend to reduce thermal distortion of the beam. Erbium and ytterbium ions are common active species in such lasers.

Quite often, the fiber laser is designed as a double-clad fiber. This type of fiber consists of a fiber core, an inner cladding and an outer cladding. The index of the three concentric layers is chosen so that the fiber core acts as a single-mode fiber for the laser emission while the outer cladding acts as a highly multimode core for the pump laser. This lets the pump propagate a large amount of power into and through the active inner core region, while still having a high numerical aperture (NA) to have easy launching conditions.

Pump light can be used more efficiently by creating a fiber disk laser, or a stack of such lasers.

Fiber lasers have a fundamental limit in that the intensity of the light in the fiber cannot be so high that optical nonlinearities induced by the local electric field strength can become dominant and prevent laser operation and/or lead to the material destruction of the fiber. This effect is called photodarkening. In bulk laser materials, the cooling is not so efficient, and it is difficult to separate the effects of photodarkening from the thermal effects, but the experiments in fibers show that the photodarkening can be attributed to the formation of long-living color centers.^{[citation needed]}

Photonic crystal lasers

Photonic crystal lasers are lasers based on nano-structures that provide the mode confinement and the density of optical states (DOS) structure required for the feedback to take place.^{[clarification needed]} They are typical micrometer-sized^{[dubious – discuss]} and tunable on the bands of the photonic crystals.^{[34][clarification needed]}

Semiconductor lasers

A 5.6 mm 'closed can' commercial laser diode, probably from a CD or DVD player

Semiconductor lasers are diodes which are electrically pumpe d. Recombination of electrons and holes created by the applied current introduces optical gain. Reflection from the ends of the crystal form an optical resonator, although the resonator can be external to the semiconductor in some designs.

Commercial laser diodes emit at wavelengths from 375 nm to 3500 nm.^[35] Low to medium power laser diodes are used in laser pointers, laser printers and CD/DVD players. Laser diodes are also frequently used to optically pump other lasers with high efficiency. The highest power industrial laser diodes, with power up to 20 kW, are used in industry for cutting and welding.^[36] External-cavity semiconductor lasers have a semiconductor active medium in a larger cavity. These devices can generate high power outputs with good beam quality, wavelength-tunable narrow-linewidth radiation, or ultrashort laser pulses.

In 2012, Nichia and OSRAM developed and manufactured commercial high-power green laser diodes (515/520 nm), which compete with traditional diode-pumped solid-state lasers.^[37][38]

Vertical cavity surface-emitting lasers (VCSELs) are semiconductor lasers whose emission direction is perpendicular to the surface of the wafer. VCSEL devices typically have a more circular output beam than conventional laser diodes. As of 2005, only 850 nm VCSELs are widely available, with 1300 nm VCSELs beginning to be commercialized,^[39] and 1550 nm devices an area of research. VECSELs are external-cavity VCSELs. Quantum cascade lasers are semiconductor lasers that have an active transition between energy sub-bands of an electron in a structure containing several quantum wells.

The development of a silicon laser is important in the field of optical computing. Silicon is the material of choice for integrated circuits, and so electronic and silicon photonic components (such as optical interconnects) could be fabricated on the same chip. Unfortunately, silicon is a difficult lasing material to deal with, since it has certain properties which block lasing. However, recently teams have produced silicon lasers through methods such as fabricating the lasing material from silicon and other semiconductor materials, such as indium(III) phosphide or gallium(III) arsenide, materials which allow coherent light to be produced from silicon. These are called hybrid silicon laser. Recent developments have also shown the use of monolithically integrated nanowire lasers directly on silicon for optical interconnects, paving the way for chip level applications.^[40] These heterostructure nanowire lasers capable of optical interconnects in silicon are also capable of emitting pairs of phase-locked picosecond pulses with a repetition frequency up to 200 GHz, allowing for on-chip optical signal processing.^[12] Another type is a Raman laser, which takes advantage of Raman scattering to produce a laser from materials such as silicon.

Lasing without maintaining the medium excited into a population inversion was demonstrated in 1992 in sodium gas and again in 1995 in rubidium gas by various international teams.^[41][42] This was accomplished by using an external maser to induce "optical transparency" in the medium by introducing and destructively interfering the ground electron transitions between two paths, so that the likelihood for the ground electrons to absorb any energy has been cancelled.

Dye lasers

Dye lasers use an organic dye as the gain medium. The wide gain spectrum of available dyes, or mixtures of dyes, allows these lasers to be highly tunable, or to produce very short-duration pulses (on the order of a few femtoseconds). Although these tunable lasers are mainly known in their liquid form, researchers have also demonstrated narrow-linewidth tunable emission in dispersive oscillator configurations incorporating solid-state dye gain media.^[43] In their most prevalent form these solid state dye lasers use dye-doped polymers as laser media.

Free-electron lasers

The free-electron laser FELIX at the FOM Institute for Plasma Physics Rijnhuizen, Nieuwegein

Free-electron lasers, or FELs, generate coherent, high power radiation that is widely tunable, currently ranging in wavelength from microwaves through terahertz radiation and infrared to the visible spectrum, to soft X-rays. They have the widest frequency range of any laser type. While FEL beams share the same optical traits as other lasers, such as coherent radiation, FEL operation is quite different. Unlike gas, liquid, or solid-state lasers, which rely on bound atomic or molecular states, FELs use a relativistic electron beam as the lasing medium, hence the term free-electron.

Exotic media

The pursuit of a high-quantum-energy laser using transitions between isomeric states of an atomic nucleus has been the subject of wide-ranging academic research since the early 1970s. Much of this is summarized in three review articles.^[44][45][46] This research has been international in scope, but mainly based in the former Soviet Union and the United States. While many scientists remain optimistic that a breakthrough is near, an operational gamma-ray laser is yet to be realized.^[47]

Some of the early studies were directed toward short pulses of neutrons exciting the upper isomer state in a solid so the gamma-ray transition could benefit from the line-narrowing of Mössbauer effect.^[48][49] In conjunction, several advantages were expected from two-stage pumping of a three-level system.^[50] It was conjectured that the nucleus of an atom, embedded in the near field of a laser-driven coherently-oscillating electron cloud would experience a larger dipole field than that of the driving laser.^[51][52] Furthermore, nonlinearity of the oscillating cloud would produce both spatial and temporal harmonics, so nuclear transitions of higher multipolarity could also be driven at multiples of the laser frequency.^{[53][54][55][56][57][58][59]}

In September 2007, the BBC News reported that there was speculation about the possibility of using positronium annihilation to drive a very powerful gamma ray laser.^[60] Dr. David Cassidy of the University of California, Riverside proposed that a single such laser could be used to ignite a nuclear fusion reaction, replacing the banks of hundreds of lasers currently employed in inertial confinement fusion experiments.^[60]

Space-based X-ray lasers pumped by a nuclear explosion have also been proposed as antimissile weapons.^[61][62] Such devices would be one-shot weapons.

Living cells have been used to produce laser light.^[63][64] The cells were genetically engineered to produce green fluorescent protein (GFP). The GFP is used as the laser's "gain medium", where light amplification takes place. The cells were then placed between two tiny mirrors, just 20 millionths of a meter across, which acted as the "laser cavity" in which light could bounce many times through the cell. Upon bathing the cell with blue light, it could be seen to emit directed and intense green laser light.

Uses

When lasers were invented in 1960, they were called "a solution looking for a problem".^[65] Since then, they have become ubiquitous, finding utility in thousands of highly varied applications in every section of modern society, including consumer electronics, information technology, science, medicine, industry, law enforcement, entertainment, and the military. Fiber-optic communication using lasers is a key technology in modern communications, allowing services such as the Internet.

The first use of lasers in the daily lives of the general population was the supermarket barcode scanner, introduced in 1974. The laserdisc player, introduced in 1978, was the first successful consumer product to include a laser but the compact disc player was the first laser-equipped device to become common, beginning in 1982 followed shortly by laser printers.

Some other uses are:

• Communications: besides fiber-optic communication, lasers are used for free-space optical communication, including laser communication in space.
• Medicine: see below.
• Industry: cutting including converting thin materials, welding, material heat treatment, marking parts (engraving and bonding), additive manufacturing processes such as selective laser sintering and selective laser melting, non-contact measurement of parts.
• Military: marking targets, guiding munitions, missile defense, electro-optical countermeasures (EOCM), lidar, blinding troops. See below
• Law enforcement: LIDAR traffic enforcement. Lasers are used for latent fingerprint detection in the forensic identification field^[66][67]
• Research: spectroscopy, laser ablation, laser annealing, laser scattering, laser interferometry, lidar, laser capture microdissection, fluorescence microscopy, metrology, laser cooling.
• Commercial products: laser printers, barcode scanners, thermometers, laser pointers, holograms, bubblegrams.
• Entertainment: optical discs, laser lighting displays, laser turntables

In 2004, excluding diode lasers, approximately 131,000 lasers were sold with a value of US$2.19 billion.^[68] In the same year, approximately 733 million diode lasers, valued at $3.20 billion, were sold.^[69]

In medicine

Lasers have many uses in medicine, including laser surgery (particularly eye surgery), laser healing, kidney stone treatment, ophthalmoscopy, and cosmetic skin treatments such as acne treatment, cellulite and striae reduction, and hair removal.

Lasers are used to treat cancer by shrinking or destroying tumors or precancerous growths. They are most commonly used to treat superficial cancers that are on the surface of the body or the lining of internal organs. They are used to treat basal cell skin cancer and the very early stages of others like cervical, penile, vaginal, vulvar, and non-small cell lung cancer. Laser therapy is often combined with other treatments, such as surgery, chemotherapy, or radiation therapy. Laser-induced interstitial thermotherapy (LITT), or interstitial laser photocoagulation, uses lasers to treat some cancers using hyperthermia, which uses heat to shrink tumors by damaging or killing cancer cells. Lasers are more precise than traditional surgery methods and cause less damage, pain, bleeding, swelling, and scarring. A disadvantage is that surgeons must have specialized training. It may be more expensive than other treatments.^[70][71]

As weapons

Many types of laser can potentially be used as incapacitating weapons, through their ability to produce temporary or permanent vision loss when aimed at the eyes. The degree, character, and duration of vision impairment caused by eye exposure to laser light varies with the power of the laser, the wavelength(s), the collimation of the beam, the exact orientation of the beam, and the duration of exposure. Lasers of even a fraction of a watt in power can produce immediate, permanent vision loss under certain conditions, making such lasers potential non-lethal but incapacitating weapons. The extreme handicap that laser-induced blindness represents makes the use of lasers even as non-lethal weapons morally controversial, and weapons designed to cause permanent blindness have been banned by the Protocol on Blinding Laser Weapons. Weapons designed to cause temporary blindness, known as dazzlers, are used by military and sometimes law enforcement organizations. Incidents of pilots being exposed to lasers while flying have prompted aviation authorities to implement special procedures to deal with such hazards.^[72] See Lasers and aviation safety for more on this topic.

Laser weapons capable of directly damaging or destroying a target in combat are still in the experimental stage. The general idea of laser-beam weaponry is to hit a target with a train of brief pulses of light. The rapid evaporation and expansion of the surface causes shockwaves that damage the target.^{[citation needed]} The power needed to project a high-powered laser beam of this kind is beyond the limit of current mobile power technology, thus favoring chemically powered gas dynamic lasers. Example experimental systems include MIRACL and the Tactical High Energy Laser.

Boeing YAL-1. The laser system is mounted in a turret attached to the aircraft nose

Throughout the 2000s, the United States Air Force worked on the Boeing YAL-1, an airborne laser mounted in a Boeing 747. It was intended to be used to shoot down incoming ballistic missiles over enemy territory. In March 2009, Northrop Grumman claimed that its engineers in Redondo Beach had successfully built and tested an electrically powered solid state laser capable of producing a 100-kilowatt beam, powerful enough to destroy an airplane. According to Brian Strickland, manager for the United States Army's Joint High Power Solid State Laser program, an electrically powered laser is capable of being mounted in an aircraft, ship, or other vehicle because it requires much less space for its supporting equipment than a chemical laser.^[73] However, the source of such a large electrical power in a mobile application remained unclear. Ultimately, the project was deemed to be infeasible,^[74][75][76] and was cancelled in December 2011,^[77] with the Boeing YAL-1 prototype being stored and eventually dismantled.

The United States Navy is developing a laser weapon referred to as the Laser Weapon System or LaWS.^[78]

Hobbies

In recent years, some hobbyists have taken interests in lasers. Lasers used by hobbyists are generally of class IIIa or IIIb (see Safety), although some have made their own class IV types.^[79] However, compared to other hobbyists, laser hobbyists are far less common, due to the cost and potential dangers involved. Due to the cost of lasers, some hobbyists use inexpensive means to obtain lasers, such as salvaging laser diodes from broken DVD players (red), Blu-ray players (violet), or even higher power laser diodes from CD or DVD burners.^[80]

Hobbyists also have been taking surplus pulsed lasers from retired military applications and modifying them for pulsed holography. Pulsed Ruby and pulsed YAG lasers have been used.

Examples by power

Different applications need lasers with different output powers. Lasers that produce a continuous beam or a series of short pulses can be compared on the basis of their average power. Lasers that produce pulses can also be characterized based on the peak power of each pulse. The peak power of a pulsed laser is many orders of magnitude greater than its average power. The average output power is always less than the power consumed.

Examples of pulsed systems with high peak power:

Safety

Left: European laser warning symbol required for Class 2 lasers and higher. Right: US laser warning label, in this case for a Class 3B laser

Even the first laser was recognized as being potentially dangerous. Theodore Maiman characterized the first laser as having a power of one "Gillette" as it could burn through one Gillette razor blade. Today, it is accepted that even low-power lasers with only a few milliwatts of output power can be hazardous to human eyesight when the beam hits the eye directly or after reflection from a shiny surface. At wavelengths which the cornea and the lens can focus well, the coherence and low divergence of laser light means that it can be focused by the eye into an extremely small spot on the retina, resulting in localized burning and permanent damage in seconds or even less time.

Lasers are usually labeled with a safety class number, which identifies how dangerous the laser is:

• Class 1 is inherently safe, usually because the light is contained in an enclosure, for example in CD players.
• Class 2 is safe during normal use; the blink reflex of the eye will prevent damage. Usually up to 1 mW power, for example laser pointers.
• Class 3R (formerly IIIa) lasers are usually up to 5 mW and involve a small risk of eye damage within the time of the blink reflex. Staring into such a beam for several seconds is likely to cause damage to a spot on the retina.
• Class 3B can cause immediate eye damage upon exposure.
• Class 4 lasers can burn skin, and in some cases, even scattered light can cause eye and/or skin damage. Many industrial and scientific lasers are in this class.

The indicated powers are for visible-light, continuous-wave lasers. For pulsed lasers and invisible wavelengths, other power limits apply. People working with class 3B and class 4 lasers can protect their eyes with safety goggles which are designed to absorb light of a particular wavelength.

Infrared lasers with wavelengths longer than about 1.4 micrometers are often referred to as "eye-safe", because the cornea tends to absorb light at these wavelengths, protecting the retina from damage. The label "eye-safe" can be misleading, however, as it applies only to relatively low power continuous wave beams; a high power or Q-switched laser at these wavelengths can burn the cornea, causing severe eye damage, and even moderate power lasers can injure the eye.

Lasers can be a hazard to both civil and miliatary aviation, due to the potential to temporarily distract or blind pilots. See Lasers and aviation safety for more on this topic.

See also

References

1. ^ ^{a b} Gould, R. Gordon (1959). "The LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation". In Franken, P.A.; Sands R.H. (Eds.). The Ann Arbor Conference on Optical Pumping, the University of Michigan, 15 June through 18 June 1959. tr. 128. OCLC 02460155.
2. ^ "laser". Reference.com. Retrieved May 15, 2008.
3. ^ "Four Lasers Over Paranal". www.eso.org. European Southern Observatory. Retrieved 9 May 2016.
4. ^ Conceptual physicsPaul Hewitt, 2002
5. ^ "Schawlow and Townes invent the laser". Lucent Technologies. 1998. Archived from the original on October 17, 2006. Retrieved October 24, 2006.
6. ^ ^{a b} Chu, Steven; Townes, Charles (2003). "Arthur Schawlow". In Edward P. Lazear (ed.). Biographical Memoirs. tập. 83. National Academy of Sciences. tr. 202. ISBN 978-0309086998.
7. ^ "lase". Dictionary.reference.com. Retrieved December 10, 2011.
8. ^ Siegman, Anthony E. (1986). Lasers. University Science Books. tr. 2. ISBN 978-0935702118.
9. ^ Siegman, Anthony E. (1986). Lasers. University Science Books. tr. 4. ISBN 978-0935702118.
10. ^ "Nitrogen Laser". Light and Its Uses. Scientific American. June 1974. pp. 40–43. ISBN 978-0716711858.
11. ^ Karman, G.P.; McDonald, G.S.; New, G.H.C.; Woerdman, J.P. (November 1999). "Laser Optics: Fractal modes in unstable resonators". Nature. 402 (6758): 138. Bibcode:1999Natur.402..138K. doi:10.1038/45960.
12. ^ ^{a b c} Mayer, B.; Regler, A.; Sterzl, S.; Stettner, T.; Koblmüller, G.; Kaniber, M.; Lingnau, B.; Lüdge, K.; Finley, J.J. (May 23, 2017). "Long-term mutual phase locking of picosecond pulse pairs generated by a semiconductor nanowire laser". Nature Communications. 8: 15521. arXiv:1603.02169. Bibcode:2017NatCo...815521M. doi:10.1038/ncomms15521. PMC 5457509. PMID 28534489.
13. ^ Einstein, A (1917). "Zur Quantentheorie der Strahlung". Physikalische Zeitschrift. 18: 121–128. Bibcode:1917PhyZ...18..121E.
14. ^ ^{a b} Steen, W.M. "Laser Materials Processing", 2nd Ed. 1998.
15. ^ Batani, Dimitri (2004). "Il rischio da laser: cosa è e come affrontarlo; analisi di un problema non così lontano da noi" [The risk from laser: what it is and what it is like facing it; analysis of a problem which is thus not far away from us]. wwwold.unimib.it. Programma Corso di Formazione Obbligatorio (in Italian). University of Milano-Bicocca. tr. 12. Archived from the original (Powerpoint presentation) on June 14, 2007. Retrieved January 1, 2007.
16. ^ The Nobel Prize in Physics 1966 Presentation Speech by Professor Ivar Waller. Retrieved January 1, 2007.
17. ^ "American Institute of Physics Oral History Interview with Joseph Weber". 2015-05-04.
18. ^ Bertolotti, Mario (2015), Masers and Lasers, Second Edition: An Historical ApproachCRC Press, pp. 89–91, ISBN 978-1482217803retrieved March 15, 2016
19. ^ Townes, Charles H. (1999). How the Laser Happened: Adventures of a ScientistOxford University Press, ISBN 978–0195122688 Parameter error in {{isbn}}: Invalid ISBN.pp. 69–70.
20. ^ Joan Lisa Bromberg, The Laser in America, 1950–1970 (1991), pp. 74–77 online
21. ^ Maiman, T. H. (1960). "Stimulated optical radiation in ruby". Nature. 187 (4736): 493–494. Bibcode:1960Natur.187..493M. doi:10.1038/187493a0.
22. ^ Townes, Charles Hard. "The first laser". University of Chicago. Retrieved May 15, 2008.
23. ^ Hecht, Jeff (2005). Beam: The Race to Make the Laser. Nhà xuất bản Đại học Oxford. ISBN 978-0195142105.
24. ^ "Researchers demonstrate new type of laser". Phys.org. Retrieved 4 March 2017.
25. ^ Cassidy, M. C.; Bruno, A.; Rubbert, S.; Irfan, M.; Kammhuber, J.; Schouten, R.N.; Akhmerov, A.R.; Kouwenhoven, L.P. (2 March 2017). "Demonstration of an ac Josephson junction laser". Science. 355 (6328): 939–942. arXiv:1703.05404. Bibcode:2017Sci...355..939C. doi:10.1126/science.aah6640. PMID 28254938. Retrieved 4 March 2017.
26. ^ "ZMP 2017 – Latenzzeitmesseinrichtung für moderne elektronische Zähler". June 20, 2017.
27. ^ Matei, D.G.; Legero, T.; Häfner, S.; et al. (30 June 2017). "1.5 μm Lasers with Sub-10 mHz Linewidth". Phys. Rev. Lett. 118 (26): 263202. arXiv:1702.04669. Bibcode:2017PhRvL.118z3202M. doi:10.1103/PhysRevLett.118.263202. PMID 28707932.
28. ^ Nolen, Jim; Derek Verno. "The Carbon Dioxide Laser". Davidson Physics. Retrieved 17 August 2014.
29. ^ Csele, Mark (2004). "The TEA Nitrogen Gas Laser". Homebuilt Lasers Page. Archived from the original on September 11, 2007. Retrieved September 15, 2007.
30. ^ "Deep UV Lasers" (PDF). Photon Systems, Covina, Calif. Archived from the original (PDF) on 2007-07-01. Retrieved May 27, 2007.
31. ^ Schuocker, D. (1998). Handbook of the Eurolaser Academy. Mùa xuân. ISBN 978-0412819100.
32. ^ Bass, Michael; DeCusatis, Casimer; Enoch, Jay; Lakshminarayanan, Vasudevan; Li, Guifang; MacDonald, Carolyn; Mahajan, Virendra; Stryland, Eric Van (2009-11-13). Handbook of Optics, Third Edition Volume V: Atmospheric Optics, Modulators, Fiber Optics, X-Ray and Neutron Optics. McGraw Hill Professional. ISBN 978-0071633147.
33. ^ C. Stewen, M. Larionov, and A. Giesen, "Yb:YAG thin disk laser with 1 kW output power", in OSA Trends in Optics and Photonics, Advanced Solid-State Lasers, H. Injeyan, U. Keller, and C. Marshall, ed. (Optical Society of America, Washington, D.C., 2000) pp. 35–41.
34. ^ Wu, X.; et al. (October 25, 2004). "Ultraviolet photonic crystal laser". Applied Physics Letters. 85 (17): 3657. arXiv:physics/0406005. Bibcode:2004ApPhL..85.3657W. doi:10.1063/1.1808888.
35. ^ "Laser Diode Market". Hanel Photonics. Retrieved Sep 26, 2014.
36. ^ "High-power direct-diode lasers for cutting and welding". www.industrial-lasers.com. Retrieved 2018-08-11.
37. ^ "LASER Diode". nichia.co.jp.
38. ^ "Green Laser". osram-os.com. August 19, 2015.
39. ^ "Picolight ships first 4-Gbit/s 1310-nm VCSEL transceivers". Laser Focus World Online. December 9, 2005. Archived from the original on March 13, 2006. Retrieved May 27, 2006.
40. ^ Mayer, B.; Janker, L.; Loitsch, B.; Treu, J.; Kostenbader, T.; Lichtmannecker, S.; Reichert, T.; Morkötter, S.; Kaniber, M.; Abstreiter, G.; Gies, C.; Koblmüller, G.; Finley, J.J. (January 13, 2016). "Monolithically Integrated High-β Nanowire Lasers on Silicon". Nano Letters. 16 (1): 152–156. Bibcode:2016NanoL..16..152M. doi:10.1021/acs.nanolett.5b03404. PMID 26618638.
41. ^ Mompart, J.; Corbalán, R. (2000). "Lasing without inversion" (PDF). J. Opt. B. 2 (3): R7–R24. Bibcode:2000JOptB...2R...7M. doi:10.1088/1464-4266/2/3/201. (Subscription required (help)).
42. ^ Javan, A. (2000). "On knowing Marlan". Ode to a quantum physicist: A festschrift in honor of Marlan O. Scully. Elsevier.
43. ^ F. J. Duarte, Tunable Laser Optics2nd Edition (CRC, New York, 2015).
44. ^ Baldwin, G.C.; Solem, J.C.; Gol'danskii, V. I. (1981). "Approaches to the development of gamma-ray lasers". Reviews of Modern Physics. 53 (4): 687–744. Bibcode:1981RvMP...53..687B. doi:10.1103/RevModPhys.53.687.
45. ^ Baldwin, G.C.; Solem, J.C. (1995). "Recent proposals for gamma-ray lasers". Laser Physics. 5 (2): 231–239.
46. ^ Baldwin, G.C.; Solem, J.C. (1997). "Recoilless gamma-ray lasers". Reviews of Modern Physics. 69 (4): 1085–1117. Bibcode:1997RvMP...69.1085B. doi:10.1103/RevModPhys.69.1085.
47. ^ Baldwin, G.C.; Solem, J.C. (1982). "Is the time ripe? Or must we wait so long for breakthroughs?". Laser Focus. 18 (6): 6&8.
48. ^ Solem, J.C. (1979). "On the feasibility of an impulsively driven gamma-ray laser". Los Alamos Scientific Laboratory Report LA-7898. OSTI 6010532.
49. ^ Baldwin, G.C.; Solem, J.C. (1979). "Maximum density and capture rates of neutrons moderated from a pulsed source". Nuclear Science & Engineering. 72 (3): 281–289.
50. ^ Baldwin, G.C.; Solem, J.C. (1980). "Two-stage pumping of three-level Mössbauer gamma-ray lasers". Journal of Applied Physics. 51 (5): 2372–2380. Bibcode:1980JAP....51.2372B. doi:10.1063/1.328007.
51. ^ Solem, J.C. (1986). "Interlevel transfer mechanisms and their application to grasers". Proceedings of Advances in Laser Science-I, First International Laser Science Conference, Dallas, TX 1985 (American Institute of Physics, Optical Science and Engineering, Series 6). 146: 22–25. doi:10.1063/1.35861.
52. ^ Biedenharn, L.C.; Boyer, K.; Solem, J.C. (1986). "Possibility of grasing by laser-driven nuclear excitation". Proceedings of AIP Advances in Laser Science-I, Dallas, TX, November 18–22, 1985. 146: 50–51. doi:10.1063/1.35928.
53. ^ Rinker, G. A.; Solem, J. C.; Biedenharn, L. C. (1988). "Calculation of harmonic radiation and nuclear coupling arising from atoms in strong laser fields". Proceedings of SPIE 0875, Short and Ultrashort Wavelength Lasers, los Angeles, CA, January 11, 1988 (International Society for Optics and Photonics). 146: 92–101.
54. ^ Rinker, G. A.; Solem, J.C.; Biedenharn, L.C. (1987). "Nuclear interlevel transfer driven by collective outer shell electron excitations". Proceedings of the Second International Laser Science Conference, Seattle, WA (Advances in Laser Science-II) Lapp, M.; Stwalley, W.C.; Kenney-Wallace G.A., Eds. (American Institute of Physics, New York). 160: 75–86.
55. ^ Solem, J.C. (1988). "Theorem relating spatial and temporal harmonics for nuclear interlevel transfer driven by collective electronic oscillation". Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 40 (6): 713–715. Bibcode:1988JQSRT..40..713S. doi:10.1016/0022-4073(88)90067-2.
56. ^ Solem, J.C.; Biedenharn, L.C. (1987). "Primer on coupling collective electronic oscillations to nuclei" (PDF). Los Alamos National Laboratory Report LA-10878.
57. ^ Solem, J.C.; Biedenharn, L.C. (1988). "Laser coupling to nuclei via collective electronic oscillations: A simple heuristic model study". Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 40 (6): 707–712. Bibcode:1988JQSRT..40..707S. doi:10.1016/0022-4073(88)90066-0.
58. ^ Boyer, K.; Java, H.; Luk, T.S.; McIntyre, I.A.; McPherson, A.; Rosman, R.; Solem, J.C.; Rhodes, C.K.; Szöke, A. (1987). "Discussion of the role of many-electron motions in multiphoton ionization and excitation". Proceedings of International Conference on Multiphoton Processes (ICOMP) IV, July 13–17, 1987, Boulder, CA, Smith, S.; Knight, P.; Biên tập (Cambridge University Press, Cambridge, England): 58. OSTI 10147730.
59. ^ Biedenharn, L.C.; Rinker, G.A.; Solem, J.C. (1989). "A solvable approximate model for the response of atoms subjected to strong oscillatory electric fields". Journal of the Optical Society of America B. 6 (2): 221–227. Bibcode:1989JOSAB...6..221B. doi:10.1364/JOSAB.6.000221.
60. ^ ^{a b} Fildes, Jonathan (September 12, 2007). "Mirror particles form new matter". BBC News. Retrieved May 22, 2008.
61. ^ Hecht, Jeff (May 2008). "The history of the x-ray laser". Optics and Photonics News. 19 (5): 26–33. Bibcode:2008OptPN..19R..26H. doi:10.1364/opn.19.5.000026.
62. ^ Robinson, Clarence A. (1981). "Advance made on high-energy laser". Aviation Week & Space Technology (February 23, 1981): 25–27.
63. ^ Palmer, Jason (June 13, 2011). "Laser is produced by a living cell". BBC News. Retrieved June 13, 2011.
64. ^ Malte C. Gather & Seok Hyun Yun (June 12, 2011). "Single-cell biological lasers". Nature Photonics. 5 (7): 406–410. Bibcode:2011NaPho...5..406G. doi:10.1038/nphoton.2011.99. Retrieved June 13, 2011.
65. ^ Charles H. Townes (2003). "The first laser". In Laura Garwin; Tim Lincoln. A Century of Nature: Twenty-One Discoveries that Changed Science and the World. Nhà xuất bản Đại học Chicago. pp. 107–12. ISBN 978-0226284132.
66. ^ Dalrymple B.E., Duff J.M., Menzel E.R. "Inherent fingerprint luminescence – detection by laser". Journal of Forensic Sciences22(1), 1977, 106–115
67. ^ Dalrymple B.E. "Visible and infrared luminescence in documents : excitation by laser". Journal of Forensic Sciences28(3), 1983, 692–696
68. ^ Kincade, Kathy; Anderson, Stephen (January 1, 2005). "Laser Marketplace 2005: Consumer applications boost laser sales 10%". Laser Focus World. Tập 41 no. 1.
69. ^ Steele, Robert V. (February 1, 2005). "Diode-laser market grows at a slower rate". Laser Focus World. Tập 41 no. 2.
70. ^ "Laser therapy for cancer: MedlinePlus Medical Encyclopedia". medlineplus.gov. Retrieved 15 December 2017.
71. ^ "Lasers in Cancer Treatment". National Institutes of Health, National Cancer Institute. 13 September 2011. Retrieved 15 December 2017.This article incorporates text from this source, which is in the public domain.
72. ^ "Police fight back on laser threat". BBC News. April 8, 2009. Retrieved April 4, 2010.
73. ^ Peter, Pae (March 19, 2009). "Northrop Advance Brings Era Of The Laser Gun Closer". Los Angeles Times. tr. B2.
74. ^ "Missile Defense Umbrella?". Center for Strategic and International Studies. Archived from the original on January 11, 2011.
75. ^ "Schwartz: Get those AF boots off the ground". airforcetimes.com.
76. ^ Hodge, Nathan (February 11, 2011). "Pentagon Loses War To Zap Airborne Laser From Budget". Wall Street Journal.
77. ^ Butler, Amy (December 21, 2011). "Lights Out For The Airborne Laser". Aviation Week.
78. ^ Luis Martinez (9 Apr 2013). "Navy's New Laser Weapon Blasts Bad Guys From Air, Sea". ABC. Retrieved 9 April 2013.
79. ^ PowerLabs CO₂ LASER! Sam Barros June 21, 2006. Retrieved January 1, 2007.
80. ^ Maks, Stephanie. "Howto: Make a DVD burner into a high-powered laser". Transmissions from Planet Stephanie. Retrieved April 6, 2015.
81. ^ "Green Laser 400 mW burn a box CD in 4 second". YouTube. Retrieved December 10, 2011.
82. ^ "Laser Diode Power Output Based on DVD-R/RW specs". elabz.com. Retrieved December 10, 2011.
83. ^ Peavy, George M. (2014-01-23). "How to select a surgical veterinary laser". Aesculight. Retrieved March 30, 2016.
84. ^ Heller, Arnie, "Orchestrating the world's most powerful laser." Science and Technology Review. Lawrence Livermore National Laboratory, July/August 2005. URL accessed May 27, 2006.
85. ^ Schewe, Phillip F.; Stein, Ben (November 9, 1998). "Physics News Update 401". American Institute of Physics. Archived from the original on June 14, 2008. Retrieved March 15, 2008.

Further reading

Books

• Bertolotti, Mario (1999, trans. 2004). The History of the Laser. Institute of Physics. ISBN 0750309113.
• Bromberg, Joan Lisa (1991). The Laser in America, 1950–1970. Báo chí MIT. ISBN 978-0262023184.
• Csele, Mark (2004). Fundamentals of Light Sources and Lasers. Wiley. ISBN 0471476609.
• Koechner, Walter (1992). Solid-State Laser Engineering. Tái bản lần 3 Springer-Verlag. ISBN 0387537562.
• Siegman, Anthony E. (1986). Lasers. University Science Books. ISBN 0935702113.
• Silfvast, William T. (1996). Laser Fundamentals. Nhà xuất bản Đại học Cambridge. ISBN 0521556171.
• Svelto, Orazio (1998). Principles of Lasers. Tái bản lần thứ 4 Xuyên. David Hanna. Mùa xuân. ISBN 0306457482.
• Taylor, Nick (2000). LASER: The inventor, the Nobel laureate, and the thirty-year patent war. New York: Simon & Schuster. ISBN 978-0684835150.
• Wilson, J. & Hawkes, J.F.B. (1987). Lasers: Principles and Applications. Prentice Hall International Series in Optoelectronics, Prentice Hall. ISBN 0135236975.
• Yariv, Amnon (1989). Quantum Electronics. Tái bản lần 3 Wiley. ISBN 0471609978.

Periodicals

External links

Wikimedia Commons has media related to Lasers.

• Encyclopedia of laser physics and technology by Dr. Rüdiger Paschotta
• A Practical Guide to Lasers for Experimenters and Hobbyists by Samuel M. Goldwasser
• Homebuilt Lasers Page by Professor Mark Csele
• Powerful laser is 'brightest light in the universe' – The world's most powerful laser as of 2008 might create supernova-like shock waves and possibly even antimatter (New ScientistApril 9, 2008)
• "Laser Fundamentals" an online course by Prof. F. Balembois and Dr. S. Forget. Instrumentation for Optics2008, (accessed January 17, 2014)
• Northrop Grumman's Press Release on the Firestrike 15 kW tactical laser product.
• Website on Lasers 50th anniversary by APS, OSA, SPIE
• Advancing the Laser anniversary site by SPIE: Video interviews, open-access articles, posters, DVDs
• Bright Idea: The First Lasers history of the invention, with audio interview clips.
• Free software for Simulation of random laser dynamics
• Video Demonstrations in Lasers and Optics Produced by the Massachusetts Institute of Technology (MIT). Real-time effects are demonstrated in a way that would be difficult to see in a classroom setting.
• MIT Video Lecture: Understanding Lasers and Fiberoptics
• Virtual Museum of Laser History, from the touring exhibit by SPIE
• website with animations, applications and research about laser and other quantum based phenomena Universite Paris Sud

visit site
site