תכונות אלומת הלייזר

המונח  LASER נגזר מהמשפט Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation . דהיינו, הגברת אור המתקבלת בתהליך של פליטה מאולצת של קרינה. על מהות תהליך הפליטה המאולצת נעמוד בהמשך, כאן נציין רק שתהליך זה מקנה לאלומת הלייזר שתי תכונות חשובות: קוהרנטיות ומונוכרומטיות. אלומת הלייזר הינה אלומת "אור" בעלת צבע מוגדר, המשוגרת לכיוון מוגדר, וידוע, במרחב. התוצאה המעשית מתבטאת ביכולת לבצע עבודה יעילה עם אלומת לייזר, מה שלא ניתן (או קשה מאוד) לבצע עם מקורות האור האחרים. הסיבה לכך נובעת מחוקי האופטיקה השולטים על אלומת אור העוברת דרך עדשה אופטית. כידוע, עדשה מסוגלת למקד אלומת אור העוברת דרכה, על מטרה הנמצאת במישור המוקד של העדשה, לכתם בעל קוטר מזערי. צפיפות הספק (או אנרגיה) האלומה על המטרה, נמצאת ביחס ישר להספק (או אנרגיה) אלומת האור העוברת דרך העדשה, וביחס הפוך לריבוע קוטר המוקד שיוצרת האלומה על המטרה. לפיכך, כל מרכיבי אלומת הלייזר, בהיותם בעלי אורך גל זהה ואותה זווית פגיעה בעדשה, יתמקדו במרחק המוקד המוגדר לעדשה, ויצרו כתם בעל קוטר מזערי. התוצאה המעשית מכך היא שבאמצעות עדשה ניתן לאסוף את כל התפוקה של אלומת הלייזר, ולייצר על מטרה, המוצבת במישור המוקד של העדשה, צפיפות הספק גבוהה, לאין שיעור, מצפיפות ההספק שיכולה להיות מושגת ממקורות האור האחרים.

צפיפות אנרגיה והספק אלומת הלייזר

אחת התכונות המייחדות את אלומת הלייזר ממקורות האור האחרים היא יכולתה להציג צפיפות הספק (או אנרגיה) גבוהה ביותר. תכונה זו מיושמת ביעילות לחיתוך חומרים, אבל אותה תכונה עושה את אלומת הלייזר מסוכנת במקרה של פגיעה בגוף האדם, במיוחד בעינו. צפיפות ההספק מבטאת את עוצמת שטף ההספק, ונמדדת ביחידות של וואט לסמ"ר (W/cm2). אלומת לייזר בהספק נומינלי של W 10, ניתן למקד לכתם זעיר, שקוטרו 0.2 מ"מ בלבד, ובו צפיפות הספק אדירה בערך של 3104 W/cm2. בלייזרים פולסיים ניתן להגיע בקלות לצפיפויות הספק (הספק שיא בתוך הפולס) בערכים של 109 W/cm2 ואף יותר.

מהותה של אלומת הלייזר

אורכי הגל בתחום הנראה נעים בין 400nm (סגול) ל- 700nm (אדום). בתחום האינפרא אדום אורכי הגל ארוכים יותר, החל מ-700nm (אינפרא אדום קרוב) ועד 1mm (קצה האינפרא אדום הרחוק). קרינת האולטרא סגול הינה בעלת אורכי הגל הקצרים ביותר בתחום האופטי - מ- 400nm (אולטרא סגול קרוב  ועד 10nm (אולטרא סגול עמוק). קרינת הלייזר, על כל סוגיה, משתייכת לתחום הקרינה האלקטרומגנטית, שבה השדה החשמלי והשדה המגנטי מתקדמים כשהם מצומדים וניצבים זה לזה. מערכות הלייזר, הרלוונטיות לשימושים השונים של הלייזר, מפיקות קרינה בתחום האופטי, הכולל את קרינת האינפרא אדום, האולטרא סגול, והתחום הנראה הנמצא בתווך שביניהם. הגל האלקטרומגנטי המכיל את מנת האנרגיה הבסיסית בתחום האופטי, נקרא פוטון. הפוטון נושא אנרגיה ("מנת קרינה" בסיסית) התלויה בתדירות הספציפית שלו. ערך אנרגיה זו (Ep) ניתן לחישוב, לפי: Ep = h ·f = h(c/l)  כאשר, h מייצג את הערך 6.6261·110-27 ergsec, הידוע בשם קבוע פלנק (על שם הפיסיקאי Max Planck).  משמעות הקשר היא שהאנרגיה שמכיל פוטון גדלה ככל שגדלה תדירות התנודה של הפוטון f. באותו אופן ניתן לומר שאנרגיית הפוטון גדלה ככל שאורך הגל (l) שלו מתקצר. פוטונים בתחום האולטרא סגול נושאים את האנרגיה הגבוהה ביותר בתחום האופטי, ומשום כך הם מהווים פוטנציאל סיכוני שיש לנקוט באמצעי הגנה מפניו.