Þegar við hugsum um leysigeisla koma ljósgeislar í ýmsum litum upp í hugann-frá rauðu skönnunarlínunum við afgreiðsluborð stórmarkaða, yfir í töfrandi græna leysigeislasýningar á tónleikum, til ósýnilegra innrauðra leysira sem notaðir eru við iðnaðarskurð. Af hverju birtast þessir leysir í mismunandi litum? Hvað nákvæmlega ákvarðar bylgjulengd leysis?
Einfaldlega sagt, bylgjulengd leysis ákvarðar litinn sem við skynjum. Bylgjulengd vísar til vegalengdarinnar sem ljós fer í einni titringslotu og ljós af mismunandi bylgjulengdum er skynjað af mannlegu auga sem mismunandi litir.
Innan sýnilega ljósrófsins:
1. Bylgjulengd u.þ.b.. 400-450 nanómetrar: Fjólublá leysir
2. Bylgjulengd u.þ.b.. 450-485 nanómetrar: Blár leysir
3. Bylgjulengd u.þ.b.. 500-565 nanómetrar: Grænn leysir
4. Bylgjulengdir um 565-590 nanómetrar: Gulur leysir
5. Bylgjulengdir um 625-740 nanómetrar: Rauður leysir
Fyrir utan þetta svið liggja ósýnilegir innrauðir og útfjólubláir leysir.
Þrír lykilþættir sem ákvarða bylgjulengd leysis
1. „Uppspretta“ leysisins
Virki miðillinn er mikilvægasti þátturinn sem ákvarðar bylgjulengd leysis. Mismunandi gerðir leysigeisla nota mismunandi virk efni, en frumeinda- eða sameindabygging þeirra ræður bylgjulengd ljóss sem þeir geta myndað.
Algengar leysir og dæmigerðar bylgjulengdir þeirra
- Helium-Neon leysir: 632,8 nm (rautt)
- Koltvísýringsleysir: 10,6 μm (innrautt)
- Argon Ion Laser: 488/514 nm (sýan)
- Nd:YAG leysir: 1064 nm (innrautt)
- Hálfleiðara leysir: Breitt bylgjulengdarsvið eftir efni
Hver vinnumiðill hefur einstaka orkustigsbyggingu, eins áberandi og fingrafar einstaklings. Þegar rafeindir í atómum skipta á milli mismunandi orkustigs losa þær ljóseindir af tiltekinni orku og mynda þar með leysiljós af tiltekinni bylgjulengd.
2. „Hjartsláttur“ Lasers
Geislamyndun á uppruna sinn í orkustigsbreytingum innan atóma eða sameinda vinnumiðilsins. Þetta ferli fylgir ströngum skammtafræðireglum:
- Rafeindir í atómum taka upp mismunandi orkustig (orkuástand)
- Þegar rafeind fer úr hærra orkustigi í lægra gefur hún frá sér ljóseind
- Orka ljóseindarinnar samsvarar nákvæmlega orkumuninum á þrepunum tveimur
Samkvæmt formúlunni λ=hc/E (þar sem λ er bylgjulengd, h er fasti Plancks, c er ljóshraði og E er orka), ræður orkan E bylgjulengdina λ. Þannig virkar orkustigsbygging vinnslumiðilsins eins og sigti, sem gerir aðeins kleift að magna ljós af ákveðnum bylgjulengdum og myndar leysiljós.
3. „Gæðastýringur“ leysisins
Optíski resonatorinn samanstendur af tveimur nákvæmlega útfærðum speglum sem eru staðsettir á sitt hvorum endum virka miðilsins. Þó að þessi uppbygging breyti ekki grundvallarbylgjulengd leysisins, gegnir hún mikilvægu hlutverki við að tryggja einlita og tíðnistöðugleika leysisins:
- Með því að stilla lengd ómans er hægt að fínstilla- nákvæma tíðni leysisins.
- Ómuninn magnar sértækt ljós af ákveðnum bylgjulengdum á meðan hann bælir aðra.
- Hágæða resonator framleiðir leysigeisla með mjög þröngri línubreidd, sem þýðir einstaklega hreina liti.
Leysar með mismunandi bylgjulengd þjóna algjörlega mismunandi forritum:
- Útfjólubláir leysir: Framleiðsla á rafeindatækni, leysilækningar, vísindarannsóknir
- Grænir leysir (532nm): Lasersýningar, stjarnfræðilegir bendipennar
- Innrauðir leysir: Ljósleiðarasamskipti (1310, 1550nm), leysirskurður, suðu, hernaðarforrit
- Rauðir leysir (630-680nm): Leysarbendingar, strikamerkjaskannar stórmarkaða, DVD spilarar, snemma ljósleiðarasamskipti
- Bláir leysir (u.þ.b.. 405nm): Blu-geislaspilarar, gagnageymsla með mikilli-þéttleika
Algengi grænna leysirbendingar á markaðnum er engin tilviljun. Mannlegt auga er næmast fyrir gulu-grænu ljósi í kringum 550 nanómetrar. Við jafngild aflstig virðast grænir leysir verulega bjartari en rauðir eða bláir leysir. Reyndar virðist 532nm grænn leysir um það bil 8 sinnum bjartari en 635nm rauður leysir af sama krafti!
Laserbylgjulengdir eru ekki valdar af geðþótta heldur eru þær nákvæmlega ákveðnar af eðliseiginleikum vinnslumiðilsins, uppbyggingu skammtaorkustigs þess og sjónræna resonator hola. Frá rauðu til fjólubláu, frá sýnilegu yfir í ósýnilega, hver leysibylgjulengd býr yfir sínu einstaka kynslóðarkerfi og notkunargildi. Heimur leysigeisla táknar hið fullkomna samspil milli eðlisfræðilegra laga og verkfræðitækni. Skilningur á vísindum á bak við leysibylgjulengdir fullnægir ekki aðeins forvitni okkar heldur hjálpar okkur einnig að nýta þetta merkilega ljós betur á sviðum eins og læknisfræði, fjarskiptum og framleiðslu.
