PRIMENA<>
082004<><>

Svetlosni mač budućnosti

Nekada je bio proizvod mašte i tema SF filmova, mahom kao oružje masovnog uništenja. Međutim, laserski uređaj je odavno prešao u množinu jer koristimo nekoliko vrsta lasera ali, na sreću, ne u cilju uništavanja

Naziv „laser” je akronim izraza „pojačavanje svetlosti stimulisanim emitovanjem zračenja” (engl. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) i zapravo označava usnopljeni zrak svetlosti. Takav snop svetlosti, doduše, dobijamo i kada Sunčevu svetlost usmerimo kroz optički sistem sočiva ili običnu lupu. Zašto je onda laser drugačiji? Zato što emituje samo jednu boju, jednu svetlosnu frekvenciju koja stvara onaj fokusirani zrak po kojem je laser prepoznatljiv i ta je svetlost „koherentna”. Ali, krenimo ispočetka...

Svetlost koju prima ljudsko oko prepoznajemo kao belu, bilo da je u pitanju svetlost svetiljke ili Sunca. Međutim, mi ne primećujemo spektar boja koji čini belu, osim kroz prizmu pomoću koje se svetlost može razložiti na različite komponente. Kapi kiše u vazduhu ponekad izazivaju isti efekat, a svima nam je poznat fenomen duge. Iz toga vidimo da se svetlost sastoji od mešavine zraka različitih talasnih dužina, gde svaka talasna dužina odgovara jednoj boji koju naše oko registruje. Laserski uređaj iz te mešavine generiše svetlost samo jedne boje. To je postignuto tako što se atomi stimulišu energijom ili toplotom dok ne postignu više energetsko stanje, u kojem isijavaju svetlost određene talasne dužine odnosno boje, na primer crvene ili plave. Talasna dužina određuje boju svetlosti: crveni laser proizvodi svetlost veće talasne dužine, dok je kod plavog lasera talasna dužina svetlosti kraća, kod ljubičastog još kraća itd. Istorija astronomske spektroskopije je u tesnoj sprezi s razvojem lasera, pošto moderni način za klasifikaciju zvezda po spektru odnosno po refleksiji različitih površinskih temperatura zvezda (poznat i kao harvardska spektralna klasifikaciona šema) upravo oslikava način na koji radi laser. Hladnije zvezde čija je površinska temperatura manja od 3500 K isijavaju crvenu svetlost (takva zvezda je, na primer, Betelgez iz sazvežđa Orion), dok zvezde sa visokom temperaturom, 7500–25.000 K ili višom, vidimo na nebu kao zvezde plave boje (Sirijus ili Vega).

Druga bitna odlika lasera jeste upravo koncentrisanje svetlosti u uzani snop bogat energijom (jer su sve svetlosne oscilacije u istoj fazi, tj. koherentne su). Intenzivni zrak lasera danas bez veće teškoće može da preseče čeličnu ploču ili da izbrusi dijamant sa izuzetnom preciznošću, a koristi se i u medicini kao skalpel, pošto ne izaziva krvarenje i omogućava brži oporavak. U očnoj hirurgiji pomoću tačno doziranog laserskog zraka mrežnjača oka se može odvojiti i ponovo spojiti sa sudovnjačom, a proces lečenja kratkovidosti laserskom obradom rožnjače (tzv. egzajmer laser) odavno spada u klasične hirurške zahvate. Savremena laserska tehnologija se na sličan način primenjuje i u neurohirurgiji, urologiji i gastroenterologiji.

Istorijat lasera

Prvi laseri su konstruisani krajem pedesetih i početkom šezdesetih godina dvadesetog veka. Prvo je pronađen mikrotalasni, zatim optički laser na bazi kristala, pa gasni laser. Tih godina se vodila prava bitka oko toga ko ga je zapravo prvi izmislio, ali je činjenica da je prvi optički, to jest laser u vidljivom delu spektra konstruisan 1960. godine uz pomoć rubina. Naime, fizičar Teodor Majman je postigao da fotoni osciluju u istom taktu i da emituju samo čestice svetlosti jedne određene frekvencije. Laserski uređaj je napravljen od kristala rubina dugačkog oko 10 cm i tankog poput olovke, koji je omotan navojima vrlo jake svetiljke koja radi na živinu paru. Da bi se postigao veliki intenzitet svetlosti, što je još jedna karakteristika koja razlikuje laserski zrak od optički usnopljene svetlosti, oba kraja rubinovog kristala precizno su izbrušena i pomoću srebrnog sloja pretvorena u ogledala. U rubinu ima 0,05% hroma, čiji atomi pod jakom svetlošću izbacuju svetlosne čestice (fotone) jednake energije čiji talasi, uz to, osciluju u istom taktu. Spoljne površine kristala rubina, pretvorene u ogledalo, odbijaju zrake tamo-amo kroz kristal umnožavajući ih i pojačavajući ih sve dok ne postignu određeni intenzitet i napuste rubin. U tom trenutku je zrak svetlosti mnogo jače usnopljen nego kod najboljeg reflektorskog ogledala i nekoliko stotina puta intenzivniji od normalne svetlosti.

Ubrzo nakon ovog uspeha, laboratorije širom sveta su utvrdile da za delovanje lasera nisu neophodni kristali rubina. Pod povoljnim uslovima, za emitovanje laserskih zraka mogu se koristiti i sintetički materijali, poluprovodnici (silicijum i galijum-arsenid, na primer), tečnosti, te jonizovani gasovi kao što su kripton, argon, helijum ili ugljen-dioksid. „U današnje vreme najviše se koriste poluprovodnički laseri, mahom zbog manje snage, dobrog iskorišćenja uložene energije i malih dimenzija, a rade i u kontinualnom i prekidačkom režimu. Tehnologija izrade je takođe relativno laka, bliska postojećoj tehnologiji za izradu integrisanih kola. Za razliku od njih, laseri na čvrstom telu (rubinski, erbijumski, neodimijumski) imaju veliku snagu, znatni su potrošači, imaju problema sa zagrevanjem, za pobuđivanje se koriste lampe-bljeskalice ili posebne diode, glomazniji su...”, kaže nam Marko Vujović, student beogradskog Elektrotehničkog fakulteta, koji završava diplomski rad na temu laserskog daljinomera (u narodu poznat kao „pandurski radar”). Napominje da se poluprovodničke laserske diode (LD) mogu naći u CD i DVD plejerima (odnosno u optičkim memorijskim uređajima), kao i u laserskim štampačima.

Vruća tehnologija

Princip rada lasera u potpunosti se može objasniti i opisati metodama kvantne fizike, dok se princip rada LD-a može objasniti klasičnom elektrodinamičkom teorijom koja je, opet, klasičnom korisniku kompjutera nerazumljiva. U knjizi Milojka Jevtovića i Danila Pešića „Laserski štampači” iz 1996. godine čitamo da su u većinu laserskih štampača ugrađeni poluprovodnički laseri koji emituju svetlost talasne dužine od 750 do 850 nanometara, a optička snaga ovih lasera kreće se oko pet milivata. Ovaj laser napaja se jednosmernom strujom, a jačinu svetlosnog snopa reguliše elektronika štampača. Efikasnost i pouzdanost poluprovodničkih lasera smanjuju se s porastom temperature odnosno s povećanim zagrevanjem laserske diode.

Uloga lasera u štampaču je velika, ali je njegov rad trivijalan – laserski zrak iscrtava elektrostatičku sliku na valjku za koji se „lepe” čestice tonera, sa kojeg sa ono zatim prenosi na papir. Na sličan način možemo da banalizujemo i rad lasera pri očitavanju CD-ROM i DVD medija: zapravo on služi da očita spiralno oblikovani zapis koji se sastoji od niza rupica i ravnih delova. No, imajte na umu da se veličina jednog delića tog zapisa meri nanometrima (milijarditim delovima metra), a laser je sposoban da ih dekodira iako ih ima na desetine hiljada po inču i podari nam (gotovo) savršen analogni zvuk!

Ministarstvo odbrane SAD je početkom devedesetih godina prošlog veka investiralo više od 1150 (!) milijardi dolara u razvoj ultracrvenih i laserskih tehnologija namenjenih povećanju efikasnosti oružanih sistema i protivraketnoj odbrani. U istoj zemlji je do kraja 2003. godine svega 3,5 milijardi dolara investirano u razvoj infracrvene i laserske bežične tehnologije namenjene komunikacionim sistemima i prenosu podataka – brojke pokazuju koliko su zaista zainteresovani za komunikaciju sa svetom. Nisu nam dostupne cifre koje pokazuju koliko druge države ulažu u razvoj laserske tehnologije, ali znamo se u pojedinim biznis i strategijskim sektorima koristi termin „vruće tehnologije”, a u njih spada i određeni broj telekomunikacijskih i medicinsko-dijagnostičkih sistema koji koriste poluprovodničke lasere, kao i veoma tačni laserski senzori koji su u upotrebi u 3D sistemima za praćenje. Kanadski „SmartProx” senzori, na primer, koriste laserske trijangulacione senzore za površinsko praćenje, a linijske senzore za praćenje po ivicama i udubljenjima, stvarajući 3D okruženje laserskog praćenja i osmatranja. Interesantno je to što ovi senzori mogu da rade sa Pentium PC platforme. Naime, interfejs kartice i softver „SmartProx” za kontrolu i prikaz podataka su u okviru kontrolerskih paketa dostupni za rad na PC-u. Sistemi za praćenje su kao operatorski interfejs za prikaz podataka i kontrolu sistemske operacije bili implementirani u paket baziran na Windowsu 95/NT pošto se verovalo da upotreba Windowsa pojednostavljuje obuku operatera i korisnicima sistema omogućuje maksimalno prihvatljivu upotrebu. Takođe, prikupljeni podaci su mogli da se prebace putem mreže do servera radi statističkih analiza ili do drugih PC jedinica radi specijalnih analiza ili posebnih izveštaja.

Laseri koji emituju X-zrake (rendgenske zrake) koriste se od osamdesetih godina prošlog veka, posebno u nanoelektronici i nanotehnologiji, bioholografiji i astronomiji. Pojedini stručnjaci smatraju da je najveće dostignuće nanotehnologije vezano za ratno okruženje. U pitanju su sićušne nanomašine koje imaju ograničenu sposobnost prikupljanja obaveštajnih podataka i koje koriste male lasere radi prenošenja tih podataka. Tu se opet vraćamo na laserske uređaje namenjene bežičnoj komunikaciji – oni će najverovatnije biti najisplativija investicija koju je savremeno društvo do sada dobilo od ulaganja u razvoj laserske tehnologije!

Između igre i fizike

Firme kao što su TerraLink, Cablefree ili Boeing Aerospace koriste tehnologiju Free Space Optical koja nikako nije nova, ali je tokom poslednjih nekoliko godina postala najtraženije rešenje kada je u pitanju ostvarivanje bežičnih veza. Radi se o komunikaciji infracrvenim zracima, pri čemu se podaci od modulatora do receptora prenose laserom, preko ugrađenih sistema sočiva. Infracrveni sistemi rade na istom principu kao i kablovi od optičkih vlakana, ali se zrak u ovom slučaju prenosi slobodnim prostorom (nebom). Laserski modulator konvertuje podatke u svetlosni signal koji laser prebacuje infracrvenim zrakom, a generiše se poluprovodničkim laserskim diodama i moduliše elektrooptičkim mogulatorima. Tokom poslednjih nekoliko godina sistem je uveliko počeo da se koristi zbog izuzetno brzog protoka informacija, pošto podržava, u zavisnosti od daljine i vremenskih prilika, brzine i do 1,5 Mbita/s (što odgovara standardu T1).

Dalek je put od 1977. godine i prvog sukoba laserskih mačeva u „Ratovima zvezda” do laserskih dioda koje se koriste u bežičnom protoku digitalnih informacija. Da li je 1964. godine tvorac Džemsa Bonda mogao da predvidi budućnost tehnologije koja je nagoveštena u čak šest filmova? Da li smo mogli da znamo da u svemiru postoji oblak gasa koji „radi” kao prirodni ultraljubičasti laser, koji je 1996. godine identifikovan teleskopom Habl u blizini jedne od najmasivnijih i energetski najsnažnijih zvezda u Mlečnom putu? Možda ne, a možda nam je samo nedostajao pravi pristup. Ili, kako je rekao Artur Šavlov, dobitnik Nobelove nagrade za lasersku spektroskopiju: „Dok laser još nije bio napravljen, smatrali smo da je to verovatno veoma težak proces. Ali kada smo jednom otkrili kako, sve je postalo mnogo lakše. Ono što nam je uglavnom nedostajalo bile su ideje i koncepti.”

Iris MILJKOVIĆ

 
 AKTUELNOSTI
RFID (Radio Frequency Identification) – implikacije

 TRŽIŠTE
Polovni računari – da ili ne?

 PRIMENA
Laseri
Šta mislite o ovom tekstu?
Samostalni MP3 džuboks uređaji

 NA LICU MESTA
Čip-set-lopta
Donacija HP-a Institutu za geodeziju
Siemens Join Multimedia 2004

 KOMPJUTERI I FILM
„Garfield”
„Šrek 2”

 SOFTVER
3D operativni sistemi
Home / Novi brojArhiva • Opšte temeInternetTest driveTest runPD kutakCeDetekaWWW vodič • Svet igara
Svet kompjutera Copyright © 1984-2018. Politika a.d. • RedakcijaKontaktSaradnjaOglasiPretplata • Help • English
SKWeb 3.22
Opšte teme
Internet
Test Drive
Test Run
PD kutak
CeDeteka
WWW vodič
Svet igara



Naslovna stranaPrethodni brojeviOpšte informacijeKontaktOglašavanjePomoćInfo in English

Svet kompjutera