הלייזר הוא המצאה מרכזית נוספת של האנושות מאז המאה ה-20, בעקבות אנרגיה גרעינית, מחשבים ומוליכים למחצה. הוא ידוע בתור "הסכין המהיר ביותר", "הסרגל המדויק ביותר" ו"האור הבהיר ביותר". ב-16 במאי 1960, הפיזיקאי האמריקאי תיאודור מימן המציא את הלייזר הראשון בעולם. בפעם הראשונה, לאנושות הייתה גישה למקור אור מופלא שכזה בעל מונוכרומטיות מעולה, קולימציה גבוהה וצפיפות אנרגיה גבוהה. מאז המצאת הלייזר הראשון בשנת 1960, נעשה שימוש נרחב בלייזרים בתקשורת, רפואה, ייצור תעשייתי, נשק צבאי ותחומים אחרים, והפכו לטכנולוגיה-תכליתית- חוצת תכלית שהייתה לה השפעה עצומה על המחקר בתחומים רבים וקידמה את שיפור יעילות הייצור החברתי. אז מה זה בעצם לייזר? ואיך מייצרים אותו?
לייזר הוא ראשי תיבות של "הגברת אור על ידי פליטת קרינה מעוררת", כלומר הגברה של אור הנגרמת על ידי פליטת קרינה מגורה. כאשר הטכנולוגיה הזו הוצגה לסין בשנת 1964, מר Qian Xuesen טבע את השם הזה עבורה. בשימוש פופולרי, יש לו גם שם תעתיק מרשים למדי, "leishe". לפני שנבין את הלייזרים, בואו נסתכל תחילה מה זה אור.
אור מופק על ידי פוטונים. בשנת 1905, אלברט איינשטיין הציג לראשונה את מושג הפוטונים במאמרו על האפקט הפוטואלקטרי. פוטונים הם אחד מהחלקיקים הבסיסיים המרכיבים את החומר. פוטונים קטנים במיוחד ואין להם מסה בזמן מנוחה. על פי עקרונות מכניקת הקוונטים, כאשר אלקטרון נופל ממעטפת חיצונית-אנרגיה גבוהה יותר למעטפת פנימית-נמוכה יותר, גרעין האטום המתאים משחרר פוטון, ובכך מייצר אור. ככל שמספר הקליפות שהאלקטרון נופל דרכן גדול יותר, כך גדלה האנרגיה של הפוטון. תהליך זה הפיך; כאשר פוטון מתרחש, גרעין האטום סופג את הפוטון, והאלקטרון, לאחר שצבר אנרגיה, עובר ממעטפת פנימית-ת נמוכה יותר של אנרגיה למעטפת חיצונית-אנרגיה גבוהה יותר.
המאפיין של לייזר הוא שכל הפוטונים שלו נעים יחד עם אותם אורך גל ופאזה. במערכת אטומית, אלקטרונים נעים למעשה בשכבות. כאשר אטום מושפע מהסביבה החיצונית שלו, ואלקטרונים באנרגיה גבוהה- עוברים לרמות אנרגיה נמוכות יותר, ישנן שתי תופעות: "פליטה ספונטנית" ו"פליטה מעוררת". לייזרים מיוצרים באמצעות פליטה מגורה. במילים פשוטות, לייזר הוא "קרינת האור" הנפלטת כאשר אטומים של חומר "מתרגשים" מ"מקור שאיבה" ספציפי.
לייזר הוא מכשיר שיוצר אור לייזר, המורכב בעיקר ממקור משאבה, מדיום רווח וחלל תהודה. מקור המשאבה הוא מקור העירור של הלייזר, המספק אנרגיה לאלקטרונים באנרגיה נמוכה- כדי לעורר אותם לרמות אנרגיה גבוהות יותר. מקורות המשאבה הנפוצים כוללים עירור אופטי, עירור פריקת גז, עירור כימי ועירור אנרגיה גרעינית. חלל התהודה הוא המעגל בין מקור המשאבה לתווך ההגברה, בדרך כלל מורכב משתי מראות עם צורות גיאומטריות ספציפיות ומאפייני השתקפות אופטיים המשולבים בצורה מסוימת. זה מאפשר לאור הנרגש לנוע קדימה ואחורה מספר פעמים בתוך החלל, ליצור תנודות קוהרנטיות ומתמשכות המוגברות, וגם להגביל את התדירות והכיוון של אלומת האור. מדיום הרווח מתייחס למדיום העבודה שמגביר את האור.
מאז שאיינשטיין הציע פליטה מעוררת בשנת 1917, מדענים בילו 43 שנים של חקירה בלתי פוסקת לפני שיצרו סוף סוף את הלייזר הראשון בעולם בשנת 1960. המדען מימן, ממעבדות המחקר יוז בקליפורניה, השתמש במנורת הבזק בעוצמה גבוהה- כדי להאיר את האור רובירום בתוך האור האדום, מרגש את אטום האודם. על ידי קידוח חור במשטח האודם, שהיה מצופה במראה רפלקטיבית, האור האדום יכול לברוח דרך החור הזה, ולהפיק אלומת אור אדום מרוכזת מאוד. כאשר קרן זו הופנתה לנקודה, היא יכלה להגיע לטמפרטורות גבוהות משטח השמש. כך, נולד הלייזר הראשון בעולם-לייזר רובי-, עם אורך גל של 0.6943 מיקרומטר. זו הייתה קרן הלייזר הראשונה שאי פעם הופקה על ידי המין האנושי.
