A lézer sokhasznú, különleges fénysugár

A Mindentudás Egyetemén folyó témák sorában ezúttal Bor Zsolt fizikus, a Magyar Tudományos Akadémia tagja előadását ismertetjük a különös, sokhasznú fénysugár, a lézer tulajdonságairól és gyakorlati alkalmazásáról.
A lézer szó az angol LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, azaz fényerősítés kényszerített fénykibocsátás útján) betűszóból származik, s egy eszközcsalád működési elvét jelenti – kezdte ismertetőjét a fizikus. Tapasztalataink szerint a fénynyalábok valamilyen közegen keresztülhaladva általában gyengülnek. 1917-ben azonban Einstein elméleti meggondolások alapján megjósolta, hogy létezik egy jelenség, a kényszerített emisszió, amely lehetővé teszi fénynyalábok erősítését is. Az ennek során keletkező erősödő fény tökéletesen rendezett nyaláb, amelynek széttartása rendkívül kicsi. Például egy megfelelő optikával a Földtől 380 ezer kilométerre lévő Holdra juttatott lézernyaláb átmérője alig ötven méter lesz. Másik kedvező tulajdonsága, hogy a lézer energiája megfelelő lencsével nagyon kis foltra (körülbelül egy tízmilliomod négyzetmilliméterre) fókuszálható.
Ezt követően az előadó összehasonlítást tett a lézersugár teljesítményére nézve. Példaként említette, hogy a lézeres mutatópálcában és a CD-lemezjátszóban lévő félvezető lézer teljesítménye egy milliwatt, százszor kisebb, mint egy zseblámpaizzóé. Ehhez képest a stratégiai védelmi kezdeményezés (közismertebb nevén a csillagháború) levegőbe telepített rakétamegsemmisítő lézerének teljesítménye egy megawatt. Szegeden az egyetem Optikai és Kvantumelektronikai Tanszékén épülő impulzusüzemű infravörös lézer tervezett csúcsteljesítménye egy terawatt. (Egy TW egyenlő egymillió megawattal. A paksi atomerőmű teljesítménye két gigawatt, amely ötszázszor kisebb, mint az egy TW. Ha Magyarország minden lakosának száz vasalója lenne, és mindenki az összes vasalóját egyszerre kapcsolná be, akkor a vasalók együttes teljesítménye egy TW lenne.)
A lézeres mutatópálcában és a CD-lemezjátszóban lévő félvezető lézer pár centbe kerül. Az árskála másik végén az űrbe és levegőbe telepített lézer alapú rakétaelhárító rendszer előállítása olyan költséges, hogy a szovjetek pár darabjának anyagi terhei jelentősen hozzájárultak a kommunista világrendszer gazdasági gerincének összeroppanásához.
Érdemes közelebbről megismerkednünk olyan eszközeink működésével, amelyek vagy mindennapi életünk állandó szereplőivé váltak, vagy nagyon sokszor hallhattunk már róluk – fűzte tovább a fizikus. A CD-lemez például spirálvonal mentén elhelyezkedő gödröcskék formájában tárolja a digitalizált zenei információt, leolvasása úgy történik, hogy egy lézerdióda fényét egy megfelelő lencserendszer a forgó CD felületére fókuszálja. A lemezről visszaverődő fény a fénydetektorra jut, s intenzitása minden olyan pillanatban hirtelen lecsökken, amikor a gödröcskék pereme áthalad a fókuszponton. Ily módon a gödröcskék hossza, azaz a digitalizált zenei információ dekódolható és muzsikává alakítható.
Az áruházi vonalkód-leolvasóban lévő lézerdióda fényét egy rezgő tükör végigpásztázza a vonalkódon. A csíkrendszerről visszaverődő lézerfény intenzitásának időbeli változását a leolvasóban lévő fénydetektor regisztrálja. Ebből az elektromos jelből a vonalkód-leolvasóhoz kapcsolt számítógép azonosítja az árut, vagyis megkülönbözteti egymástól – például – a salátát, a kutyaeledelt, a borotvakrémet és a menyasszonyi ruhát.
A legfontosabb hadászati alkalmazásban a pilóta vagy a szárazföldön bátran megbúvó harcos egy úgynevezett célkijelölő lézerrel rávilágít a megsemmisítendő céltárgyra, mintha megjelölné egy mutatópálcával. A lézerirányítású bomba orrában lévő optikát és elektronikát a gyártás során arra programozták, hogy a bombát pontosan a célkijelölő lézer fényfoltjára vezesse. Így a bomba találati pontossága méteres nagyságrendűre javítható.
Tartós szőrtelenítés lézerrel úgy hajtható végre, hogy a bőrt megfelelő lézerimpulzussal megvilágítjuk, az erős fényelnyeléssel rendelkező szőrtüszők hőmérséklete hirtelen megemelkedik, a szőr elhal és idővel kihullik. A tetoválások eltávolításában szintén segíthet a mindentudó lézertechnika. A tetoválás festékanyaga ugyanis jól elnyeli az úgynevezett rubin és neodimium lézerek sugárzását, melynek hatására a festék kémiailag szétbomlik, színét veszti, majd felszívódik, így a lézer mintegy kiradírozza a tetoválást.
Bor Zsolt ezt követően rátért a lézer szemészeti fölhasználására. A jól látó szem optikai összetevői (a szaruhártya és a szemlencse) a párhuzamos fénysugarakat pontosan a fényérzékeny ideghártyára fókuszálják, így azon tökéletesen éles kép jelenik meg. A rövidlátó szem szaruhártyája túlságosan görbült, a távollátó szemé pedig a szükségesnél laposabb. A rövidlátás és a távollátás korrigálására szóró, illetve gyűjtőlencsét alkalmaznak szemüveg vagy kontaktlencse formájában.
Az utóbbi években terjed a LASIK műtéti eljárás, melynek során az éleslátás eléréséhez szükséges lencsét a szaruhártyából lézerrel alakítják ki. Az első lépésben egy mikrokera-
tomnak nevezett késsel a szaruhártyából egy 0,15 mm vastagságú lebenyt képeznek. A második lépésben a lebenyt felhajtják, és egy úgynevezett excimer lézer segítségével megfelelő alakú és vastagságú lencsét marnak ki a szaruhártyából. Ezek után a lebenyt visszahajtják, amely rövid idő alatt visszatapad és rögzül. A műtét eredményeképpen a szaruhártya görbülete éppen megfelelő lesz, biztosítva az éles, homálymentes optikai leképezést.
Az eljárás kritikus mozzanata a lebeny vágása – emelte ki az előadó. A mintegy fél milliméter vastag szaruhártyából papírvékony, tökéletesen párhuzamos, sima felületű lebenyt kell kivágni egy gyaluhoz hasonló, rezgő nyelves motorizált késsel. Ehhez tökéletes eszközre és biztos kezű orvosra van szükség.
Juhász Tibor Szegeden végzett fizikus ötlete alapján az Egyesült Államokban új lézer alapú lebenyvágó eszközt fejlesztettek ki. Egy eddig végzett harmincezer műtét azt mutatta, hogy a lézer alapú keratom számos előnnyel rendelkezik a mechanikusakkal szemben – hívta föl a figyelmet a fizikus.