Tapasztalataink szerint a fénynyalábok valamilyen közegben haladva általában gyengülnek. Einstein viszont elméleti meggondolások alapján már 1917-ben megjósolta, hogy létezik egy jelenség, a kényszerített emisszió, amely lehetővé teszi a fénynyalábok erősítését. Ehhez azonban előbb mesterségesen „természetellenes” állapotba kell hozni az anyagot, s hogy ez cseppet sem egyszerű feladat, mutatja, hogy az első fényerősítő anyagokra csaknem fél évszázadot kellett várni.
Ha a fényerősítő anyagot két, egymástól megfelelő távolságban szembeállított tükör közé (optikai rezonátorba) helyezzük, az oda-vissza verődő fény fotonjai hozzájuk hasonló fotonok lavináját keltik, s amennyiben az egyik tükröt részben áteresztőre készítjük, a fény egy része azon át kiszivárog, a fennmaradó része pedig ismét a bemenetre jut. Az ismétlődő folyamat eredményeképpen a rezonátorból folytonos fénynyaláb: lézerfény lép ki. (Az angol LASER – Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation = fényerősítés kényszerített fénykibocsátás útján – betűszó a működés elvét rögzítő szavak kezdőbetűjéből állt össze.)
A kényszerített emisszió során keletkező lézerfénynek négy alaptulajdonsága van: terjedési iránya, hullámhossza, rezgési fázisa és rezgési síkja is azonos az erősítőbe belépő nyalábéval. Az eredmény tökéletesen rendezett, úgynevezett koherens fénynyaláb, amelynek széttartása rendkívül kicsi: a Földtől 380 ezer kilométerre lévő Holdra juttatott lézernyaláb átmérője mindössze 50 méter lesz. A koherens nyaláb másik kedvező tulajdonsága, hogy energiája lencsével nagyon kis foltra (tízmilliomod négyzetmilliméterre) fokuszálható.
Sokfajta lézer létezik, és ezek méretben, teljesítményben, hullámhosszban, előállítási költségekben lényegesen különböznek egymástól. A CD-lejátszóban lévő félvezető lézer mákszem nagyságú, egyes festéklézerek néhány centiméteresek, más lézerek szállításához pedig legalább két markos emberre van szükség. A világ legnagyobb lézerrendszere, az Egyesült Államokban most épülő National Ignition Facility (az irányított termonukleáris fúzió begyújtószerkezete) egy futballpálya alapterületű tízemeletes épületet fog kitölteni. A méretskála liliputi oldalának szélét érzékeltetik a két mikrométeres félvezető lézerek: belőlük 250 ezer férne el egy négyzetmilliméteren.
A lézerek teljesítménye is igen eltérő. A CD-lejátszó félvezető lézerének teljesítménye egy milliwatt, százszor kisebb, mint egy zseblámpaizzóé. Az anyagmegmunkálási célokat szolgáló félvezető lézerek teljesítménye tíz watt, a Stratégiai Védelmi Kezdeményezés (közismertebb nevén a csillagháború) levegőbe telepített rakétamegsemmisítő lézeréé egy megawatt. A Szegedi Egyetemen épülő impulzusüzemű infravörös lézer tervezett csúcsteljesítménye egy terrawatt (1 TW = egymillió megawatt) lesz (a paksi atomerőmű teljesítménye ennek ötszázad része). Az Egyesült Államokban az irányított termonukleáris fúzió begyújtására épített Nova lézer csúcsteljesítménye 1250 TW.
A fúziós kísérletekben lézernyalábok fokuszálódnak hidrogénizotópok keverékéből álló céltárgyra. Ha minden úgy történik, ahogyan a fizikusok gondolják és szeretnék, kontrollálható módon beindul az energiatermelő termonukleáris fúzió, amelyből a nap tüze és a hidrogénbomba pusztító ereje is származik. Ha ez sikerül, az emberiség szinte kimeríthetetlen és környezetvédelmi szempontból tiszta, eszményi energiaforráshoz jut.
Lézerrel kapcsolatos – főleg elméleti – kutatásokért több tucat Nobel-díjat adományoztak már. A továbbiakban azonban nem ezekről, hanem a bennünket szinte észrevétlenül körülvevő felhasználásról lesz szó.
A CD a digitalizált zenei információt spirálvonal mentén elhelyezkedő gödröcskék formájában (a gödröcskék hosszában) tárolja. Az információ leolvasásakor egy lézerdióda fényét megfelelő lencserendszer a forgó CD felületére fokuszálja. A lemezről visszaverődő fény a nyalábosztóról egy fénydetektorra jut. Mivel a fény intenzitása minden olyan pillanatban hirtelen leesik, amikor a gödröcskék pereme áthalad a fókuszponton, a gödröcskék hossza, azaz a digitalizált zenei információ leolvasható és hanggá alakítható.
Az áruházi vonalkód-leolvasó lézerdiódájának fényét egy rezgő tükör egy vonal mentén végigpásztázza a vonalkódon. A csíkrendszerről visszaverődő lézerfény intenzitását a leolvasóban lévő fénydetektor regisztrálja. Az intenzitás időbeni változásából rekonstruálható a csíkok vonalrendszere, amellyel az adott áru azonosítható.
A lézeres gépjármű-sebességmérőben lévő lézerdióda rövid fényimpulzusokat bocsát ki. A gépjárműről visszaverődő impulzust a készülék fénydetektora észleli, s egyúttal megméri a visszaverődött impulzus késését a kibocsátotthoz képest: ebből kiszámítható a gépjármű távolságának időbeni változása (sebessége).
A lézernyomtatóban a lézerdióda fénye egy forgó, sokszög alakú tükörről visszaverődve a szintén forgó, fényérzékeny hengerre esik. A henger forgása és a forgó tükörről való visszaverődés kombinációja biztosítja, hogy a lézer fénye a henger bármely pontját meg tudja világítani. A lézerdióda fényének intenzitását változtatva a henger palástján bármilyen kép vagy írott szöveg megjeleníthető. A fényérzékeny hengeren a megvilágítás helyén elektrosztatikus töltések keletkeznek, vagyis a dióda segítségével rajzolt kép elektrosztatikus képpé alakul át. Ezek után a forgó hengerre finom festékpor kerül, amely az elektrosztatikusan töltött helyekre tapad. A forgó henger a feltapadt festékporképet rásajtolja és ráégeti a papírra, amelyen így megjelenik a nyomtatandó kép.
A száloptikai hírközlésben a hagyományos elektromos jelek helyett kvarc optikai szálban terjedő lézerimpulzusok hordozzák az információt. Az optikai szálakban a fény terjedési vesztesége nagyon kicsi, ugyanis a szál a teljes visszaverődés jelenségét felhasználva a szál magjába csapdázva szállítja a fényt.
A radar elvét felhasználó lézeres távérzékelés (LIDAR) során a levegőbe rövid lézerimpulzust bocsátanak ki, amely a légszennyeződéseken szóródást szenved. A visszaszórt fény intenzitásából a szennyeződés koncentrációja, színéből pedig a kémiai minősége azonosítható. Ilyen módon a szennyeződések térbeli eloszlása, koncentrációja és anyagi minősége érintésmentesen távolról (például az űrből) meghatározható.
Ha a bőrt megfelelő energiájú lézerimpulzussal világítjuk meg, az erős fényelnyelésű szőrtüszők hőmérséklete hirtelen megemelkedik, ennek hatására a szőrtüsző elhal, és idővel kihullik. Hasonló módon a már megunt, netán kényelmetlen emlékké vált tetoválások is „kiradírozhatók” a bőrből.
Villámok előszeretettel csapnak be indítóállványon veszteglő rakétákba. Ha az állvány mellett nagy teljesítményű ultraibolya lézerimpulzusokkal egy függőleges nyaláb mentén elektromos szempontból vezetővé teszik (ionizálják) a levegőt, az ioncsatorna „égig érő villámhárítóként” működve levezeti a légkörben felgyülemlett elektrosztatikus töltéseket.
Se szeri, se száma a lézer orvosi alkalmazásának. Közülük az egyik legérdekesebb a „szaruhártya-szobrászat”. Az egészséges, jól látó szem optikai komponensei (a szaruhártya és a szemlencse) pontosan a fényérzékeny ideghártyára fokuszálja a párhuzamos fénysugarakat, így az ideghártyán tökéletesen éles kép jelenik meg. A rövidlátó szem szaruhártyája túlságosan görbült, fénytörő képessége a kelleténél nagyobb, így a párhuzamos nyalábot az ideghártya elé fokuszálja, ezért az ideghártyán homályos kép jelenik meg. A távollátó szem szaruhártyája ezzel szemben a szükségesnél laposabb, fénytörő képessége a kelleténél kisebb, emiatt a párhuzamos nyalábot az ideghártya mögé fokuszálja, így az ideghártyán ebben az esetben is homályos kép jelenik meg. A látáshibák korrigálására szóró-, illetve gyűjtőlencsét alkalmaznak szemüveg vagy kontaktlencse formájában.
Az utóbbi években egyre inkább terjed a LASIK nevű műtéti eljárás, melynek során az éles látás eléréséhez szükséges lencsét a szaruhártyából alakítják ki lézer segítségével. Ez technikailag két lépésben történik: először a mikrokeratomnak nevezett késsel a szaruhártyából egy 0,15 milliméter vastagságú lebenyt alakítanak ki, majd azt felhajtják, és lézerrel a szükséges korrekciónak megfelelő alakú és vastagságú lencsét marnak ki a szaruhártyából. Végül a lebenyt viszszahajtják, s az rövid idő alatt visszatapad és rögzül. A műtét eredményeképpen a szaruhártya görbülete éppen megfelelő lesz, biztosítva az éles, homálymentes optikai leképezést. A szem fénytörő képességének hibája általában már a műtét másnapján kisebb fél dioptriánál. Az eljárás kritikus mozzanata a lebeny vágása: a mintegy fél milliméter vastag szaruhártyából papírvékonyságú, 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 államokbeli Irvine-ban az Intralase Inc. nevű vállalkozás új, lézeralapú lebenyvágó eszközt fejlesztett ki. A cég kutatási-fejlesztési részlegén olyan jelentős a magyar részvétel, hogy a munkanyelv akár a magyar is lehetne: itt dolgozik Juhász mellett Ráksi Ferenc (szintén Szegeden végzett) fizikus, Goldstein Péter és Hegedűs Imre számítástechnikai szakember, Nagy László virtuóz mechanikus. Az Intralase elnevezésű műtéti eljárás engedélyezéséhez szükséges klinikai vizsgálatokat Ratkay Imola doktornő végezte el Budapesten.
A lézeres keratom működési elve a következő: egy 0,6 pikoszekundumos lézerimpulzust tökéletes lencserendszer segítségével a szaruhártya felülete alá fokuszálnak 0,15 milliméter mélységbe. (Egy pikoszekundum a másodperc milliomod részének milliomod része.) Ennek hatására a szaruhártyában mikrorobbanás jön létre, amely egy körülbelül egyszázad milliméter átmérőjű buborékot kelt. A lézer másodpercenként tízezer impulzust bocsát ki. Egy precíziós számítógép-vezérelt tükörrendszer a lézernyalábot spirális alakban úgy pásztázza, hogy egy perc alatt több mint fél millió, egymással szorosan érintkező buborékot hoz létre, amely végeredményben egy, a szaruhártya felületével párhuzamos vágási síkot eredményez, kiváltva ezzel a mechanikus mikrokeratomot. Az Intralase keratommal eddig végzett harmincezer műtét egyértelműen bizonyítja a lézeres szaruhártya-szobrászat előnyeit.
Az emberi szem a törzsfejlődés egyik csúcsteljesítménye, elképesztően tökéletes érzékszerv. Az evolúció mégis elkövetett néhány apró „hibát” az emberi szem kialakításában. Ezért a szemfenéken létrejövő kép minősége nem éri el az alapvető optikai jelenségek által megengedett legjobb feloldóképességet. Megbízható adatok szerint a látóideghártya, illetve az emberi agy struktúrája elvileg akár hatszor több vizuális információ feldolgozására is képes.
Az Intralase eljárás alkalmasnak látszik arra, hogy kijavítsa azokat az apró optikai hibákat, amelyeket az evolúció elkövetett a szem kialakításában. Szakértők szerint az így elérhető „szuperlátással” akár öt méter távolságból is lehetne újságot olvasni. Szuperlátásra (néhány foglalkozást űző személyek óhajától eltekintve) valószínűleg nem lesz tömeges klinikai igény, de a technika alkalmas lehet irreguláris leképezési hibában szenvedő gyengén látók látásának elfogadhatóvá tételére, amire viszont számottevő igény van.
----------------------------
(A fenti szöveg a február 10-én elhangzott előadás rövidített, szerkesztett változata.)
Az előadás megtekinthető február 15-én (szombaton) a Duna Televízióban 13.10-től, február 16-án (vasárnap) 13.05-től az MTV-n, valamint 23.10-től az M 2-n.
A Mindentudás Egyetemének következő előadása február 17-én 19.30-kor kezdődik a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem informatikai épületének B28-as előadójában (Budapest XI., Magyar tudósok körútja 2/B).
Az előadások teljes szövegét a hozzászólásokkal és a vitával együtt a www.mindentudas.hu weblapon találják meg az érdeklődők.
origo.hu
Mindent a gyerekvédelem érdekében: a pedofilok kapják a legsúlyosabb büntetéseket
