קרן לייזר

באדיבות נאטורפיל

קרן הלייזר היא המצאה חדשה יחסית, שהגיחה אל אוויר העולם לפני פחות מחמישים שנה. היא התגלתה כמעט במקרה, אבל בתוך זמן קצר החל האדם להבין את היכולות המדהימות שלה, שעדיין לא מנוצלות עד תום. נגני תקליטורים, צורבים ואפילו מכשירי ניתוח וקידוח מבוססים כולם על הלייזר, כמו גם מצביע הלייזר שמשמש מרצים בהרצאותיהם.

קרן הלייזר היא למעשה קרן אור, אבל להבדיל מקרן רגילה הבוקעת מפנס או ממנורה, האור של הלייזר ממוקד מאוד ובעל צבע אחיד. כאשר אנחנו מפעילים פנס עם נורה רגילה, היא מפיקה אור בכל הצבעים בבת אחת, והוא מתפזר לכל הכיוונים בצורה שווה. כיוון שהצבעים מתערבבים זה בזה, אנו לא רואים גוונים שונים, אלא רק אור לבן. לעתים קרובות מותקנת עדשה בקצה הפנס, שממקת את האור לכיוון אחד, ולכן אם מכוונים אותו היישר אל העין, האור חזק יותר (וגם קצת כואב). לייזר, לעומת זאת, ממוקד פי 1,000 מאור של פנס, ולכן כל עוצמת האור מתרכזת בנקודה קטנה מאוד. מבט ישיר בקרן לייזר, ואפילו לייזר חלש כמו במצביע לייזר, עלול להיות מסוכן לראייה.

קרן הלייזר נוצרת בעזרת שפופרת, מעין צינור קטן העשוי או ממולא באחד מכמה חומרים. החומרים יכולים להיות גזים שונים, מתכות או גבישים, והחומר הנבחר משפיע מאוד על ביצועי הקרן. רוב השפופרות בשימוש הביתי, למשל בנגני תקליטורים, מבוססות על מוליך למחצה (כמו בנורות LED), שמאפשר בניית שפופרת קטנה, זולה ובעלת צריכת אנרגיה נמוכה. שפופרת מלאה בגז פחמן דו חמצני (CO2), למשל, היא בעלת עוצמה גבוהה מאוד ומפיקה אור אינפרא-אדום שמסוגל לחתוך חומרים מאוד עבים. כלל החומרים שעליהם אפשר לבסס את השפופרת נקראים "לייזינג מדיום" (Lasing Medium) בשפה המקצועית.





תחילת תהליך יצירת הקרן כרוכה בשלב הנקרא "ריגוש האטומים" המרכיבים את הלייזינג מדיום. הוא יכול להתבצע על ידי זרם חשמלי, ואף על ידי מקור אור אחר. כל אטום מורכב מגרעין המוקף באלקטרונים ה"צפים" סביבו בשכבות שונות. כאשר פועל זרם חשמלי או מקור אור על האטום, האלקטרונים "קופצים" משכבה לשכבה, ואז חוזרים למקומם המקורי. בזמן הקפיצה משתחרר פוטון, שהוא חלקיק אור.
אחרי שלב ריגוש האטומים, הפוטונים שנפלטו פוגעים במראות קטנות, הנמצאות בקצות השפופרת ומונעות מהאור לצאת אחוצה. הפוטונים קופצים ממראה למראה במהירות האור, ובמהלך הטרטורים הללו הם פוגעים באטומים נוספים ו"מרגשים" גם אותם - וכך נפלטים חלקיקי אור נוספים. באחד הצדדים של השפופרת המראה מיוחדת ומתוכננת להעביר רק חלק מסוים מהאור, ושאר הפוטונים ממשיכים לקפץ בפנים ויוצרים עוד ועוד חלקיקים בתגובת שרשרת. המראה מעבירה אור חדגוני (מונוכרומטי) בקרן ישרה וממוקדת, ולכן רק חלקיקי אור שעומדים בתנאים האלה נפלטים החוצה, וזהו אור הלייזר. מאחר שהוא כל כך ממוקד, הוא בעל עוצמה רבה ומסוגל לנוע למרחק רב. אפילו מצביע לייזר פשוט וזול מסוגל להאיר מטרה במרחק של מאות מטרים, ובעזרת שפופרת חזקה יותר אפשר להגיע למרחקים אסטרונומיים.
החומר שממנו עשוי הלייזינג מדיום משפיע, בין השאר, גם על צבע הקרן. שפופרות הלייזר הנפוצות מפיקות אור אדום-כתום, ואילו שפופרות המבוססות על גז ארגון,למשל, מפיקות אור כחול. צורבי התקליטורים החדישים של סוני, מסדרת "בלו-ריי" (Bluray) , משתמשים בלייזר כחול, שמאפשר לצורבים לדחוס יותר נתונים על הדיסק.