Lasers 
Lasers zijn een bijzonder type lichtbron. Er zijn drie grote verschillen tussen laserlicht en ‘gewoon’ licht. Ten eerste is laserlicht volledig monochromatisch, dat wil zeggen dat het maar uit één enkele kleur bestaat, terwijl daglicht of licht van een normale lamp altijd meerdere kleuren bevat. Ten tweede is het coherent, wat dat betekent lees je straks. En tot slot produceert een laser een hele dunne evenwijdige lichtstraal, terwijl een lamp het licht in alle richtingen uitzendt. Om te begrijpen hoe een laser echt werkt, moeten we eerst begrijpen hoe licht werkt. 

Licht 
Licht bestaat uit zogenaamde fotonen, dat zijn golfpakketjes zoals hieronder te zien. [https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c1/Wave_packet_%28no_dispersion%29.gif] Wanneer veel van die fotonen in je oog op je netvlies terechtkomen, vertaalt je brein dat naar een plaatje dat jij nu ziet. Maar waar komen die fotonen dan vandaan?  

Fotonen kunnen ontstaan door zogenaamde spontane emissie, die plaatsvindt in atomen. Laten we dus eerst even kijken hoe een atoom in elkaar zit: een goede uitleg daarover vind je hier. Zoals je ziet, bestaat een atoom uit een kern van protonen en neutronen, en om die kern heen draait een wolk van elektronen. Die elektronen kunnen zich bevinden in verschillende banen rondom de kern, en hoe verder weg de baan is, des te hoger is de energie van het elektron. In elke baan is maar ruimte voor een paar elektronen. Nou kan het gebeuren dat een elektron in een toestand met hoge energie zit, terwijl er in de banen met een lagere energie nog genoeg ruimte is – dat noemen we een aangeslagen elektron. Als zo’n elektron terugvalt naar een toestand met lagere energie, komt de overgebleven energie vrij in de vorm van een foton (rechter plaatje). Figuur 1 maakt dit misschien wat duidelijker. 

Gestimuleerde emissie 
In gewone lampen komen fotonen vrij door spontane emissie: doordat er een stroom loopt (die zelf uit elektronen bestaat) worden elektronen in het materiaal van de gloeidraad aangeslagen, en daarna kan er dus spontane emissie plaatsvinden. Lasers maken echter nog gebruik van zogenaamde gestimuleerde emissie. Als een atoom met een aangeslagen elektron namelijk wordt geraakt door een foton, in plaats van door een ander elektron, dan wordt er een bij de terugval een foton uitgezonden dat precies dezelfde frequentie heeft, en dus precies dezelfde kleur, als het inkomende foton. Het nieuwe foton trilt ook precies ‘in de pas’ met het invallende foton: dat noemen we coherentie. Zie figuur 2. 

Laser 
De afkorting LASER staat voor ‘Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation’: Lichtversterking door gestimuleerde emissive van straling. Dat is dan ook precies wat een laser doet. In het hart van een laser, in het zogenaamde lasermedium (dat kan een bepaald gas zijn, maar bijvoorbeeld ook materialen zoals robijn) vindt spontane emissie plaats. De fotonen die hierbij ontstaan, bewegen verder door het medium, en elke keer dat een foton een atoom met een aangeslagen elektron raakt, wordt er een nieuw foton uitgezonden. Zo wordt het licht dus versterkt. Maar nou wordt er nog een leuke truc toegepast: aan beide kanten van het medium bevindt zich een spiegel, zodat het licht steeds maar heen en weer blijft lopen door het medium, en dus steeds verder versterkt wordt. Een van deze twee spiegels is halfdoorlatend, dat betekent dat de helft van het licht erdoor valt en de rest teruggekaatst wordt. Zo komt het licht naar buiten. Zie figuur 3. 

Fluorescentie 
Om het hele pad van het laserlicht zichtbaar te maken, maken we gebruik van een fluorescerende vloeistof. Fluorescentie lijkt enorm op wat we al geleerd hebben over lasers. Om ervoor te zorgen dat het hele laserlicht pad zichtbaar is, moet het laserlicht botsen met bepaalde atomen die het licht kunnen absorberen. In diezelfde atomen vindt vervolgens spontane emissie plaats, waardoor jij de hele lichtbundel kan zien. 

Uitproberen 
Voordat je je de laser aanzet, moeten je natuurlijk eerst de veiligheidsvoorschriften goed doornemen. Probeer vervolgens je laser aan te zetten en op de grond te schijnen, richt daarna je laser op de muur, valt je iets op? De laserstip op de muur is net ietjes groter, dat komt omdat lasers niet perfect evenwijdige lichtbundels produceren. Schijn vervolgens de laser op een spiegeltje, en probeer het gereflecteerde licht op te vangen met een papiertje, kun je al een beetje voorspellen waar de reflectie van het laserlicht terecht gaat komen? Ten slotte, bekijk je laser licht in het fluorescerende water, wat valt je op? En als je de laser er schuin in schijnt, legt het licht dan nog wel een recht pad af? Ook als je een laser schuin door een stukje doorzichtig plastic schijnt, “breekt” het ligt af, probeer maar uit!