Uvod

LASER je nastala kao skracenica od reci: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, a ime je za izvor svetlosti kod kojeg se za razliku od konvenionalnih izvora svetlosti,svetlost generise mehanizmom stimulirane emisije. Iako na prvi pogled fizika lasera zvuci jako komplikovano,razvojem tehnologije i to pogotovo tehnologije bazirane na poluprovodnicima,laseri nas danas u velikom broju okruzuju u nasem svakodnevnom zivotu.

Jos je davne 1917. godine u svom radu “On the Quantum Theory of Radiation”Albert Einstain dao teorijski koncept i predvideo izum lasera i njegovog postojeceg masera. Maser je uredjaj koji radi na isti nacin kao i laser,ali u drugom frekvencijskom podrucju. Maser je izvor mikovalova,dok je laser izvor elektromagnetskih valova u infracrvenom i vidljivom delu spektra.

Pretekavsi nekoliko izvrsnih eksperimentalnih grupa,prvi laser napravio je 1960. godine Theodore H. Maiman zaposlen na Huges Research Laboratorie Malibu,California. Njegov je laser emitovao svetlos duzine 694nm u pulsnom rezimu,a lasersku emisiju postigao je stimuliranom emisijom iz rubinskog kristala probudjenog svetlosnom lampom.

Nakon toga,laseri se pocinju naveliko proizvoditi u eksperimentalnim laboratorijama sirom sveta,dok konacno razvojem tehnologije danas imamo pravu lasersku revoluciju.

1

Teorijska razrada principa rada lasera

Lasersko zracenje u odnosu na zracenje obilnih svetlosnih sijalica,karakterise koherentnost,usmerenost i monohromaticnost. Koherentno zracenje je ono zracenje kod kojeg svi svetlosni talasi od kojih je ono sastavljeno u fazi (svi su dogadjaji sinfronizovani). Osnovni delovi jednog laser cine resonator (dva ogledala),aktivni laserski mediji i opticka pumpa.

Laseri omogucavaju konverziju elektricne energije u vrlo plemenitu energiju koherentnih optickih talasa,koja se na radnoj povrsini manifestuje u pojavi toplotne energije. Inace, laseri su svetlosni pojacivaci ciji se rad bazira na principu stimulisanih prelaza,a sastoje se od: rezonatora sa aktivom sredinom i sistem za pumpanje.

Aktivna sredina moze biti gasovita,tecna ili cvrsta materija,u kojoj se ostvaruje inverzija naseljenosti energetskih nivoa,pomocu energije koja se dovodi iz spoljasnjeg izvora-pumpe. Pumpa generise energiju talasa i obicno se izvodi kao svetiljka koja daje trenutno jaku svetlost ili je to neki drugi izvor energije. Kada pobudjeni atomi aktivne sredine vrse stimulisane prelaze,dolazi do generisanja koherentne svetlosti,tako da se laser moze upotrebiti sa elektronskim oscilatorom i pojacivacem,pri cemu aktivna sredina odgovara povratnoj sprezi,pumpa napojnog sistema oscilatora,a spontani prelazi odgovaraju sumi. U odnosu na vrstu aktivne sredine laseri se dele na : gasovite,tecne i cvrste.

Izvor svetlosti (svetiljke,prirodni izvori),spontano emituju elektromagnetni talas (svetlosti) razlicite talasne duzine,koje su kratke i medjusobno nepovezane

2

prostorno i vremenski. Ovakva emisija svetlosti naziva se mekoherentna. Ukoliko su amplitude,talasne duzine,faze i polarizacija elektromagnetnog talasa konstantne ili se menjaju po odredjenom zakonu,u tom slucaju je takav talas koherentan. Posebno je koherentan monohromaticni talas.

Elektromagnetni talasi koje emituju radio-stanice predstavljaju koherentne talase,dok su talasi obicnih izvora (svetiljke,sunce,zagrejana tela,i dr) nekoherentni talasi koji se cesto nazivaju i sumovi. Sve do pojave lasera bilo je moguce generisati koherentne radio-talase,ali ne i koherentne talase svetlosti.

U odnosu na talasnu duzinu elektromagnetni talasi se dele na : y-zracenje (I= -10-2A) renegensko zracenje (I=-10-2/10 2 A),ultraljubicasto zracenje (I=10 2/ 38*10 2 A),vidljivo zracenje ( 0.76/750m) I radiotalase (750/10km). U odnosu na kvalitet elektromagnetnog talasa mogu se izvrsiti i dalje klasifikacije.

Atomski sistem uglavnom se nalazi u odredjenim stanjima (dinamicka ravnoteza),kojima odgovaraju odredjeni energetski nivoi,ako se sistem nalazi u stanju termodinamicke ravnoteze sa spoljasnjom sredinom,tada je verovatnoca da se neki atom nalazi na energetskim nivoima W1 I W2. U praksi kazemo da nivo W1 naseljava N1 atoma,a nivo W2 naseljava N2 atoma,pa se zato uvodi pojam naseljenost.

Saglasno drugom zakonu termodinamike sistem uvek tezi ravnotezi i u koliko bilo kakva spoljasnja smetnja pomeri sistem iz termodinamicke ravnoteze,on ce ponovo preci u novo stanje nazivaju se relaksacionim procesima.

U nastavku treba analizirati izraz za temperature sistema u zavisnosti od naseljenosti energetskih nivoa:

3

1. Ako je T=0K I N2=0. U ovom slucaju proizilazi da se svi atomi nalaze u osnovnom i stabilnom stanju.

2. Ako je T vece od 0K I N1 vee od N2,tj. Niski energetski nivo W1 ima vecu naseljenost nego visi energetski nivo W2. Ovakvo stanje sistema priblizava se ravnoteznom stanju.

3. U koliko spoljasnji faktori uticu na sistem tako da je visi energetski nivo naseljeniji od nizeg nivoa ( N2 vece od N1),tada takvom stanju odgovara negativna temperature,T manje od 0K,ovakvo stanje sistema naziva se stanjem sa invarznom naseljenoscu. S obzirom da u praksi ne moze biti ispunjen uslov T manje od 0K,ocigledno je da negativna temperatura predstavlja uslovan termin i samo ukazuje na cinjenicu da je N2 vece od N1.

Ako se posmatra jedinstveni sistem,koji se sastoji iz dva energetska nivoa W1 i W2. U koliko se sistem nalazi u termodinamickoj ravnotezi,mogu nastupiti tri tipa prelaza:

Slika 1. Tipovi prelaza

1. Ukoliko na sistem deluje foton energije hf iznosa W2-W1,tada atom prelazi na visi energetsi nivo. Ova pojava se naziva rezonantna apsorpcija. Kada na sistem atoma deluje fotoni,izmeni ce se naseljenosti nivoa W1.

4

2. Kada atom prelazi sa viseg energetskog nivoa na nizi energetski nivo bez ikakvog spoljasnjeg uticaja govori se o spontanom prelazu.

3. Atomi mogu preci iz pobudjenog u nepobudjeno stanje i pod uticajem spoljasnjeg polja.

U ovom slucaju govori se o prinudnom ili idnukovanom zracenju. Kada na sistem atoma deluje elektromagnetni talasi,tada se pored spontanih prelaza pojavljuju i prinudni prelazi,koje prouzorkuju elektromagnetni talasi odgovarajuce frekvencije. U koliko prinudni prelazi nastaju istovremeno i nastalo zracenje odgovara po frekveniji apsorbovanim kvantima,tada je prinudno zracenje koherentno.

Kada svetlosni fluks prolazi kroz neko telo,njegov intenzitet se menja. U normalnim uslovima kod termodinamicke ravnoteze naseljenost energetskih nivoa opada sa povecanjem energije.

Podela lasera

Lasere razlikujemo po razlicitim aktivnim laserskim medijama u kojima se stvara lasersko zracenje,sto odredjuje osnovna svojstva emitovanog zracenje (frekvenciju,spektralnu polusirinu,snagu…). Aktivni laserski mediji mogu biti plin pa tada govorimo o plinskim laserima (He-Ne,Ar,Xe,CO2,N2),Kristal (Ti: safir,Nd: YAG…),organska boja,egzimerna molekula (KrF,ArF,XeCI) ili poluprovodnike (diodni,elektronski laseri).

S obirom na raspodelu emitovanog zracenja u vremenu lasere delimo na kontinuirane i pulsne.

5

Femtosekundni laseri

Kod kontinuiranih lasera svetlost je konstanta u vremenu,dok se kod pulsnih lasera svetlos periodicno menja u vremenu. Zbog lenjosti naseg oka,u slucajevima velike repeticije pulseva tesko je radvojiti pojedine pulseve,pa nam se pulsni laseri cine kontinuirani.

Na Slici 2. Prikazana je fotografija prostiranja laserskih pulseva frekvencije 1 kHz,kroz prostor laboratorija za femtosekundu lasersku spektroskopiju Instituta za fiziku. Iako je za nase oko ova repeticija jos uvek velika ,na fotografiji se vrlo jasno razlucuju pojedini pulsevi.

Slika 2. Puls po puls:femtosekundni pulsevi i repeticije 1kHz snimljeni kamerom

Razvoj pulsnih lasera podstaknut je kroz istoriju osnovnom ljudskom teznjom da posmatra i proucava stvari sto brze i na sto kracoj vremenskoj skali. Od 1960.godine kada u nacunim laboratorijama nastaju mikrosekundni laserski pulsevi (1ms=10-3s), trka za sto kracim pulsevima danas je dostigla svoj cilj sa genersanjem attosekundnih pulsa (1 attosek=10-18s).

Ovakvi se laserski pulsevi danas koriste za proucavanje dinamike elektrona,a mozemo ih pronaci samo u nacunim laboratorijama. Ako se samo korak udaljimo od attosekunda dolazimo do podrucja femtosekundi (1 fs=10-15s) I tu cemo malo

6

zastati s obzirom na cinjenicu da su femtosekundni laseri uveli u modernu nauku I tehnologiju niz novih i zanimljivih fenomena.

Femtosekundni laseri emituju zracenje u pulsevima koji traju svega nekoliko desetina femtosekundi (fs). 1 fs je vreme potrebno svetlosti (a svetlost je elektromagnetni talas i putuje najvecom mogucom brzinom) da predje put od svega 0.3 mm. Dakle,1 fs je vrlo kratak vremenski period i potpuno nam je nazemislivo da se sa tako kratkim laserskim pulsom moze ista raditi. Medjutim procitajte dalje i videcete da se fs laseri osim u fizici danas upotrebljavaju u hemiji,biologiji,medicine,industriji…

U laboratorijama ih pocinju razvijati vec pocetkom 80-tih godina,s obzirom na trajanje pulsa koje se nalazi u vremenskoj skali vibracija i rotacija molekula ovakvih lasera prvenstveno upotrebljavaju za istraizvanje vremenske dinamike molekula (vibracije,rotacije),te za kontrolisanje,karakterizaciju i navodjenje hemijskih reakcija. Prof. A. Zevali dobio je 1999.godine Novelovu nagradu za istrazivanje hemijskih reakcija upotrebom femtosekundne spektroskopije,podrucje nauke nazvano femtokemija. Osim kratkoce pulsa,fs lasere karakterise velika snaga emitovanog zracenje (po pulsu). Tako npr. Puls koji traje oko 50 fs,energije 1mJ,ima prosecnu snagu oko 20 GW.

Ovo svojstvo Fs lasera omogucava niz novih primena. Laserska ablacija (ablacija je proces izbacivanja materijala sa povrsine cvrste mete pod uticajem laserskog zracenja),laserom vodjeni i generisanje visih harmonica ( stvaranje svetlosti koja se sastoji od frekvencija koje su visekratnii frekvencije fs pulsa) su samo neka od istrazivanja u fizici u kojima se primenjuju snazni fs pulsevi. U biologiji se fs laseri upotrebljavaju za izgradnju nelinearnih laserskih mikroskopa vrlo velike prostorne rezolucije. Ovakva primena fs lasera podstakla je usavrsavanje tehnologije fs lasera,pa danas mozete kupiti kompaktni,vrlo maleni fs laser,dobrih karakteristika i izuzetno jednostavna za upotrebu. Kao posledica toga fs laseri pocinju da se koristi u medicine (operacija oka) i industriji (fina obrada materijala).

Na slici 3. Prikazana je fotografija fs lasera Tsunami koji se nalazi u Laboratoriji za femtosekundni laser spektroskopije na Institutu za fiziku,a upotrebljava se za fundamentalna istrazivanja alkali atomskih para.

7

Slika 3. Unutrasnji fs lasera Tsunami

Poluprovodnicki (diodni) laseri

Poluprovodnicki laseri,su danas u najsiroj svakodnevnoj upotrebi. To su laseri koji emituju kontinuirano zracenje,obicno malih snaga (do 100mV),najcesce u svrsenom i infracrvenom delu spektra. Kao aktivni mediji,a ujedno i resonator koriste poluprovodnicku plocicu (eng. Chip) tipa GaAs,INP,gasu ili Gan. Njihova siroka upotreba je rezultat za masovnu proizvodnju,zbog jednostavne tehnologijske izrade I niske cene. Lasersko zracenje nastaje kao rezultat kombinacije elektrona i supljina unutar poluprovodnika kada se na krajeve poluprovodnika dovede odgovarajuci napon. Karakterise ih visoka efikasnost koverzije elektricne u svetlosnu energiju. Nominovana bitna duzina emisije (boja) definisana je tipom poluprovodnika,strujom koja prolazi kroz poluprovodnik i temperaturom.

Poluprovodnicki se laseri danas koriste kao citaci CD-ova,I DVD-ova,kao citaci cena u svim prodavnicama, u laserskim printerima,kao laserskim pokazivacima (engl. Pointer),laserski instrumenti za merenje duzine i kosine,u telekomunikacijama,itd. U naucnim se laboratorijma oni koriste za eksperimente laserkog hladjenja molekula i stvaranja jednog novog stanja materije tzv. Bose-

8

Einstainovog kondezata (BEC), BEC je najhladnije eksperimentalno izmereno stanje materije.

Temperatura atoma koji cine BEC iznosi svegastotinjak nK. Atomi na tim temperaturama zaboravljaju na svoju individualnu svest i dobijaju novu,kolektivnu svest. U takvim se uslovima moze povuci analogija izmedju atoma i fotona,prvenstveno sto se tice svojstva koherentnosti. U skladu sa tome naucnici su izumeli atomski laser koji pokazuje sva svojstva fotonskog (svetlosnog) lasera.

Upotreba atomskog lasera u holografija i interferometrija omogucila bi veliki korak prema osvajanju novih prirodnih prostranstava. Naime,zbog dualne prirode (de Broljova hipoteza),atomi se takodje ponasaju kao talasi cija je talasna duzina mnogo kraca od talasne duzine svetlosnih lasera. To bi u eksperimentima holografije znacilo povecanje rezolucije do nanometarskih skala,odnosno u eksperimentima interferometije povecanje osetljivosti instrumenata cime bi se direktno mogla testirati kvantna teorija.

Slika 4. Raspodela atoma po brzinama ukazuje na stvaranje BEC-a

Najjednostavniju strukturu ima diodni poluprovodnicki laser,kod koga na n-strani visak elektrona predstavlja nosioce struje,dok na p-strani prevladavaju supljine koje predstavljaju nedostatak elektrona. Kad se na p stranu primeni pozitivan napon,a na n-stranu negativan,elektroni i supljine se krecu jedni prema drugima. Cestice se sretnu u ultratankom prostoru koji se naziva kvantna jama,gde se vrsi rekombinacija elektrona i supljina pri cemu dolazi do emisije fotona.

9

Ako su krajevi diode ujedno i visokorelektirajuca ogledala dolazi do laserskog efekta,emitovanja istovrsnih koherentnih fotona.

Energija fotona (boja svetlosti) odredjena je svojstvima poluprovodnickog spoja,iznosom energijskog procesa (engl. Band-gap). Npr. Za lasere na GaAs taj energijski proces iznosi oko 1,45eV,sto odgovara emisiji fotona talasne duzine 885nm. Plavi laser je pojam (sintagma) koji oznacava poluprovodnicke lasere u podrucju 400-500nm,a cije bi ostvarenje predstavlja znacajan napredak u razvoju laserskih displeja i povecanju kapaciteta optickih memorija.

Unapredjenjem nauke kroz istrazivanja u naucnim laboratorijama dolazi do unapredjenja tehnologije i upotrebe novih proizvoda u svakodnevnom zivotu,ime menjamo i konkretno uticemo na nacin zivota. Ovaj se proces tada ne zavrsava,vec se pronalazi novi problem zbog kojeg se treba vratiti u laboratije i dalje nastaviti istrazivanja i penjanje krivudavim putem prema cilju imajuci uvek na umu da tehnologija mora sluziti coveku,a ne covek tehnologiji.

Cvrstotelni laseri

Cvrstotelni laseri imaju jezgro napravljeno od Kristala ili amorfnog materijala,cesto u obliku cilindra. Ogledala mogu biti izvedena kao tanki srebrni filmovi napareni na krajeve ovog cilindra. Na taj nacin on cini lasersku supljinu. Pobudivanje atoma od kojeg se sastoji jezgro se obicno vrsi nekim intenzivnim izvorom svetla.

U tu svrhu se cesto koriste ksenonske sijalice,a u novije vreme LED diode,ili poluprovodnicki laseri,cime se povecava energetska efikasnost.

Prvi laser koji je davao vidljivu svetlost je bio rubinski laser,koji koristi jezgro od rubina kao izvor zracenja. Rubinski laser daje crvenu svetlost talasne duzine 694.3nm. Danas se cesto koristi Nd:YAG laser,koji za jezgro ima itrijum aluminijum granat (YAG). Nd:YAG laser daje infracrveno zracenje.

10

Gasni laseri

HeNe(helijum-neonski) laser. Svetleci snop u sredini slike potice od svetlosti koja nastaje elektricnim praznjenjem potpuno isto kao u neoskoj lampi. Taj snop potice od medijuma za pojacanje laserskog zraka ali nije laserski zrak. Laserski zrak izlece iz tog medijuma,prolazi kroz vazduh i na zaklonu,ostavlja trag u obliku crvene tackice.

Gasni laseri imaju laserski medijum u gasovitom stanju,obicno se sastoje od cevi ispunjene gasom ili smesom gasova pod odredjenim pritiskom. Krajevi cevi opremljeni su ogledalima kako bi se formirao rezonator. Pobudjivanje atoma gasa se najcesce obavlja elektricnim praznjenjima kroz gas unutar cevi. Gasni laseri se cesto hlade strujanjem gasa kroz cev. Najcesce korisceni gasni laseri su: He-Ne laser (helijum-neon_,argonski laser ili CO2 laser).

Hemijski laseri

Odredjene hemijske reakcije mogu proizvesti molekule u pobudjenom stanju. Hemijski laseri koriste takve reakcije kako bi se postigla inverzija naseljenosti. Primer je fluorovodnicki laser koji koristi reakciju vodonika i fluora,za proizvodnju fluorovodonika u pobudjenom stanju.

11

Laserski zrak nastaje u reakcijskoj komori,u koju stalno doticu reaktanti,a produkti izlaze napolje. Na taj nacin je postignuta inverzija naseljenosti,jer je u reakcijskoj komori stalno prisutno vise pobudjenih molekula od onih u osnovnom stanju. Ovakvi laseri mogu postici jako veliku snagu u kontinuiranom modulu. Jedna vrsta hemijskih lasera koristi ekscimere.

Eksimer je molekul koji je stabilan samo u pobudjenom stanju. Laser se sastoji od smese gasova kroz koje se stvara visoki napon,slino kao kod gasnih lasera. Elektricna struja stvar mnostvo pobudjenih atoma u laserskoj supljini,koji mogu reagovati i stvoriti ekscimer. Nakon sto ekscimer dozivi laserski prelaz,on se raspada jer ne moze postojati u osnovnom stanju. To je i razlog inverzije naseljenosti u ovom laserskom medijumu.

Laseri na bojama

Laseri na bojama koriste odredjena organska jedinjenja,koja sluze kao aktivni laserski medijum. Molekuli,za razliku od atoma imaju trakast spektar,koji se sastoji od mnogo spektralnih linija. Kod ovih jedinjenja,energetskim nivoima se moze manipulisati (elektricnim poljem,magnetskim poljem,temperaturom..).

Na taj nacin je moguce podesiti laser za rad na odgovarajucoj talasnoj duzini. Pobuda molekula se obavlja pomocu nekog drugog lasera.

Laseri na slobodnim elektronima

Laseri na slobodnim elektronima koriste snop relativistickih eleketrona koji prolazi kroz mangetsko polje koje neizmenicno menja smer duz puta elektrona. U normalnim okolnostima,relativisticki elektroni,koji prolaze kroz magnetsko polje

12

emituju sinhrotronsko zracenje. Kod lasera sa slobodnim elektronima,put koji elektroni prolaze izmedju neizmenicno postavljenih magneta se stavlja u lasersku supljinu,tako da fotoni,koji su uhvaceni izmedju ogledala,izazivaju stimulisanu emisiju slobodnih elektrona u magnetnom polju,kao i kod elektrona u pobudjenim atomima.

Laseri na slobodnim elektronima se mogu podesavati promenom gustine rasporeda magneta,jacine njihovog magnetnog polja i promenom energije,elektrona. Tako da se mogu napraviti i laseri na slobodnim elektronima koji rade na talasnim duzinama koje su nedostupne klasicnim laserima,jer ne postoji pogodan laserski medijum koji bi mogao proizvesti svetlost zadate talasne duzine. Moguce je napraviti i laser sa jako dugackom laserskom supljinom,bez ogledala ,ciji fotoni onda ne bi trebali prolaziti veliki broj puta duz optickog puta lasera,vec bi prosli samo jedanput. Takav laser se naziva superradijalni laser.

Danas se pokusava napraviti superradijalni laser na slobodnim elektronima,koji bi radili u spektralnim podrucjima,u kojim ne postoje ogledala koja bi to zracenje reflektovala; npr. U rendgetskoj oblasti spektra.

Industrijska primena lasera

Laseri zbog kvaliteta svetlosti koju proizvode danas imaju primenu u gotovo svim ljudskim delatnostima. Cvrstotelni laseri (posebno Nd: YAG) se koriste za rezanje,busenje i varenje. Zbog kolimiranosti laserskog snopa,moguce je postici veliku preciznost prilikom obrade materijala,pa se cesto koriste u hirurgiji: npr. Moguce je laserom obraditi kapilar u oku bez ostecenja okolnog tkiva i bilo kakve

13

operacije na oku. Laserima se moze leciti i kratkovidnost i dalekovidnost,boredom ocnog sociva.

Laserima je moguce spaliti mastilo na papiru,a ostaviti papir neostecen. Zbog svoje monohromaticnosti,laseri se koriste i za novu definiciju metra. Metar je pre bio definisan preko talasne duzine spektralne linije u atomskom spektru kriptona. Pokazalo se da laseri imaju neuporedivo ostrije spektralne linije od spomenute linije krptona,primenom lasera,pokazalo se da ta linije nije simetricna,pa je nastao problem: koji ce deo linije uzeti kao definiiju metra. Danas je metar redefinisan,pa imamo defijniciju:

Metar je duzina putanje koju u vakumu predje svetlost za vreme od 1/(299 792 458) sekundi.

Brzina svetlosti se meri pomocu lasera: laseru se odredjenom metodom odredi talasna duzina i frekvencija i njegovog zracenja. Njihov umnozak daje brzinu svetlosti. Laseri se upotrebljavaju za oznacavanje polozaja na nekom udaljenom mestu,a cak i prilikom predavanja predavaci pokazuju na tablu ili platno laserskim pokazivacima. Za tu svrhu se koriste poluprovodnicki laseri,jer su relativno jeftini.

Laserom je izmerena udaljenost od Zemlje do Meseca sa preciznoscu od nekoliko milimetara! Astronauti iz jedne od misija Apollo su postavili ogledalo na povrsini Meseca.

Istrazivaci su usmerili laser prema tom ogledalu i merili vreme potrebno laserskom zraku da sa povrsine Zemlje dodje do ogledala na povrsini Meseca i nazad. Prilikom povratka sa Zemlje,laserski zrak je imao dijametar od oko 2km,sto je uglavnom uzrokovano rasipanjem zraka u Zemljinoj atmosferi. Laseri se koriste za opticko skladistenje i ocitavanje podataka na razlicitim medijumima CD,DVD,Blue Ray. Laseri se koriste i u laserkim stampacima. U tu svrhu se koriste mali poluprovodnicki laseri. Laseri se koriste u spektroskopiji,kao intenzivni izvori monohromaticnog svetla. Najcesce se koriste: argonski laser u Ramanovoj

14

spektroskopiji i laseri na bojama. He-Ne laseri se koriste u Mjeklsonovim interferometrima,za precizno merenje polozaja ogledala. Impulsni laseri se koriste za proucavanje super-brzih procesa.

U femtosekundnoj spekroskopiji se na objekat proucavanja istovremeno posalju dva laserska zraka iz imulsnog lasera vrlo kratkog impulsa. Jedan zrak se salje direktno na uzorak,a drugom se poveca otpicki put za nekoliko centimetara koristeci se zgodno postavljenim ogledalima. Tako ce zrak kasniti nekoliko femtosekundi,jer je svetlosti potrebno odredjeno vreme da predje taj put. Prvi laserski zrak ce uzrokovati reakciju u uzroku,a drugim se moze posmatrati sto se u tom trenutku dogadja u uzorku. Pomeranjem ogledala,moguce je kontrolisati kasnjenje drugog laserskog zraka i na taj nacin dobiti sliku o procesu unutar uzorka. Na taj nacin se istrazuju najbrze hemijske reakcije u prirodi.

Jako veliki laseri se koriste za istrazivanja materije u uslovima ekstremnog pritiska i temperature. Pomocu takvih lasera moguce je provesti nuklearnu fusiju na malim kolicinama vodonika. Takvi laseri su najcesce cvrstotelni laseri sa jezgrom napravljenom od stakla u koji su stavljeni odredjeni materijali koji sluze kao aktivni laserski medijum. Isto tako,laseri su nasli svoje mesto i u vojnoj primeni.

Lasersko zavarivanje

Reparaciono zavarivanje laserom je postupak kojim je moguce popraviti,ispraviti ili ukloniti razlicite greske,pukotine ili nedostatke alata. Kod reznih alata,alata za injekciono ubrizgavanje plastike,alata za livenje kao i alata za obradu lima laserskim zavarivanjem je moguce u potpunosti rekonstruisati prvobitni geometrijski oblik i funkciju alata.

15

Kao i zavarivanje elektronskim snopom (EBV),laserski zrak za varenje ima visoke gustine snage (reda 1 megavat/cm2 (MV)) dovodi u malim zonama uticaja toplote i visoke cene grejanja i haldjenja. Velicina tacke lasera moze da varira od 0,2 mm i 13 mm,ali samo manje dimenzije se koriste za varenje. Dubina prodora je proporcionalan iznosu od napajanja,ali takodje zavisi od lokacije zicne tacke: penetracija je uvecana kada je sredisnja tacka malo ispod povrsine radnog komada.

Neprekidno ili pulsirajuci laserski zrak moze da se koristi u zavisnosti od aplikacije. Milisekundi dugo impulse se koriste za varenje tankih materijala kao sto su zileti,a kontinuirano laserski sistemi su zaposleni za duboko varenje.

LBV je svestran proces,sposobna za zavarivanje celika ugljenika, HSLA celik,nerdjajuci celik,aluminijum i titanijuma. Zbog visoke stope hladjenja,pucanje je zabrinutost kada zavarivanje visoko ugljenicni celici. Var kvaliteta je visok,slicnu onoj za zavarivanje elektronskim snopom. Brzina zavarivanja je proporiconalan iznosu od napajanja,vec i zavisi od vrste i debljine radnih predmeta. Velike snage i sposobnost gasa lasera su posebno pogodne za veliki obim primene. LBV je posebno dominantan u automobilskoj industriji.

Neke od prednosti u odnosu na LBV EBV su: laserski zrak moze da se prenosti kroz vazduh,umesto zahteva vakum,proces je lako amortizovati sa robotskim masinama,Ks-zraci i nisu generisani,I LBV rezultati u visokom kvalitetu varova.

Derivat LBV,lasersko zavarivanje hybrid,kombinuje laser od LBV sa lucno zavarivanje metoda kao sto su metalno gasno lucno zavarivanje. Ova kombinacija omogucava vecu fleksibilnost pozicioniranja,jer MIG zalihe rastopljenog metala treba da popune zajednicke,a zbog upotrebe lasera,povecava brzinu zavarivanja oko toga sto je normalno moguce za MIG. Kvalitet vara ima tendenciju da bude veci,posto potencijal za kresanje se smanjuje.

Laserski zrak za zavarivanje (LBV) je tehnika koja se koristi za varenje da se prikljuci vise komada metala kroz koriscenje lasera. Zrak pruza koncentrisan izvor

16

toplote,sto omogucava uske,duboke varove i visoke stope zavarivanja. Proces se cesto koristi u glasnoj aplikaciji,kao sto su u automobilskoj industriji.

Glavne prednosti zavarivanja laserom su:

Viskok kvalitet zavarenog spoja Velika preciznost i brzina Zanemarljiva zona uticaja toplote Usteda vremena Manje intervencije u pogledu obrade nakon laserskog zavarivanja Pouzdanost dela Povoljna cena

Holografske memorije

Uvod,istorija,princip i primena holografije

Upotreba holograma u prikazivanju trodimenzionalnih slika je dobro poznata. Princip je vrlo jednostavan: kada se dva koherentna svetlosna zraka preseku na holograskom medijumu,rezultujuca interfrenciona slika se kao resetka upisuje na medijum. Dobijena resetka je jedinstvena,tj. Odgovara samo zracima koji su vrsili upis,a nazivamo je hologram. On ima svojstvo da,kada ga osvetlimo samo jednim

17

zrakom kojim smo vrsili upis,vrsi difrakciju u pravcu drugog zraka,tako da se posmatracu cini da je i drugi izvor jos uvek prisutan.

Pored upotrebe u generisanju zabavnih 3D slika,ova tehnologija se moze jednako dobro primeniti u skladistenju bilo kog tipa informacija. To se cini prostom zamenom slike koju generisemo stranicom podataka i postavljanjem niza detektora u ravan iz koje vrsimo posmatranje (citanje). Zahvaljujuci Bragovom efektu,moguce je multipleksirati vise holograma u jednoj zapremini promenom ugla zraka kojim se vrsi upis. Na taj nacin se u relativno maloj zapremini kristala moze multipleksirati vise hiljada holograma,ime se postizu vrlo visoke gustine zapisa. Takodje,hologrami imaju i prednost inherentnog paralelizma. Za razliku od konvenionalnih magnetnih i optickih medija koji pirstupaju informacijama bit po bit,svaki pristup holograskoj memoriji dovlaci celu stranicu sa podacima-sto su potenijalni megabiti odjednom. Medjutim masovnu proizvodnju i upotrebu holografskih memorija sprecava nekoliko problema. Neki od njih su potreba za vrlo slozenim sistemom sociva koji svetlosni signal dovodi na niz detektora pri citanju, male promene ugla zraka pri upisu kako bi se postigao upis vise stranica u jedan Kristal,kao i nedostatak odgovarajuih materijala.

Zbog toga su holografske memorije jos uvek vrlo skupe. Postoji nekoliko prilaza u razvoju holografskih memorija,i nadalje cemo razmotriti neke od njih.

Teorija holografije je razvio madjarski fizicar Denis Gabor tokom 1947.godine. cilj njegovog rada je bilo povecanje moci razdvajanja elektronskog mikroskopa. Medjutim,Gabor je pri dokazu svoje teorije umesto elektronskog iskoristio svetlosni zrak. Rezulta je bio prvi hologram koji je ikada napravljen. Prvi hologrami nisu mnogo licili na danasnje,jer je Gaboru nedostajalo odgovarajuce svetlo. Nedostajao mu je laser. Tokom sezdesetih godina,Emmet Leith I Juris Upatneiks,inzenjer na univerzitetu Micigen,su nastavili Gaborov rad i upotrebom lasera proizveli prve trodimenzionalne slike. Danas je primena lasera u holografiji na ivici da napravi revoluiju u projektovanju masovnih memorija.

18

Posto hologramske slike imaju dubinu,digitalna informacija se moze utisnuti u hologram. Holografska memorija radi na drugaciji nacin od standardnih memorija. Magneti i opitki diskovi upisuju podatke na povrsinu medijuma,bit po bit. Sa druge strane,holografska memorija moze da uva podatke u zapremini,koristeci dubinu medijuma. Stranice koje se nalaze na razlicitim dubinama se citaju promenom upadnog ugla lasera.

Iako je vrlo fascinantna,ova tehnologija jos nije sazrela u toj meri da moze da predstavlja ozbiljnu pretnju konvencionalnim memorijama. Najveci problem u daljem razvoju predstavlja nedostatak materijala koji e posluziti kao medijum za skladistenje. Trazeni materijal treba da ima visok odnos signal/sum kako bi se podaci brzo nalazili i citali bez uvodjenja mnogo fotona u medijum za skladistenje. U suprotnom bi se materijal grejao,a laser trosio veliku snagu. Takodje je potreban da materijal bude osetljiv na svetlost,ali dovoljno stabilan kako bi se mogao garantovati integritet podataka za duzi vremenski period.

Holografija nema primu samo u skaldistenju podataka,mada je to najvaznija primena. Tehnologija se moze koristiti u telekomunikacijama,obradi signala i silnim poljima i to sa jos vecim uspehom,s obzirom das u zahtevi u ovim poljima manje strogi nego kod memorije.

Klasicna holografska memorija

Ideja holograskih memorija nije nova. Kao sto smo videli,prvi pokusaji su ucinjeni jos tokom sezdesetih godina,ali je praktina primena postal moguca tek nedavno sa razvojem kriticnih komponenti kao sto su laseri,prostorni svetlosni modulatori i CCD nizovi detektora. Holografske memorije obradjuju podatke paralelno,cime se postizu brzi prenosi podataka,velike gustine zapisa i mala velicina uredjaja.

19

Hologram predstavlja snimanje amplitude i faze talasnog fronta. Razlika u odnosu na klasicnu fotografiju je sto se u njoj snima samo amplitude talasa. Hologram se pravi ili zapisuje, interfrencijom dva talasa-objektnog i referentnog.

Kada se hologram cita upotrebom samo jednog zraka,rekonstruise se originalni talasni front (amplitude i faza).

Kako bi se postigla velika gustina zapisa,podaci se zapisuju na istom fizickom prostoru medijuma za skladistenje,ali se citaju i upisuju multipleksiranjem.

Multipleksiranje znaci da se u svakom skupu podataka dodeljuje jedinstvena adresa. Ugaono multipleksirani hologram.

Pri ugaonom multipleksiranju se menja upadni ugao referentnog zraka bez promene lokacije mesta ili tacke koja se snima. Na taj nacin se na istoj lokaciji moze upisati vise holograma,tj. Strana sa podacima,jedni iznad drugih. Ugaono multipleksiranje se izvodi na sledeci nacin:

Pri ugaonom multiplesiranju se menja ugao feretentnog zraka,ali se mesto snimanja ne menja. Imamo tri zraka sa razlicitim upadnim uglovima u odnosu na medijum za skladistenje. Treba primetiti da sva tri zraka ostaju na istoj lokaciji.

Nedostatak ovakvog sistema multipleksiranja je potreba za vrlo slozenim uredjajem za skretanje zraka.

Kod faznog multiplesiranja se za upis koriste referentni zraci sa frontovima razlicitih faza. Svaki referentni talas se sastoji od skupa ravnih talasa sa jedinstvenom raspodelom faza. Ova raspodela zapravo predstavlja adresu snimljene informacije. Holografske memorije sa faznim multipleksom imaju isti kapacitet kao i memorije sa ugaonim multipleksom,ali se ovde javljaju problem pri generisanju faza za razlicite referentne talase. Prostorno multipleksiranje je metod pomocu koga se menja fizicko mesto zapisa u medijumu. Ako se hologrami snimaju jedan preko drugog,doci ce do zasicenja medijuma. Zato se hologrami moraju preusmeriti

20

na neko drugo mesto. Prostorni multipleks se kombinuje sa ugaonim ili faznim kako be se povecao kapacitet memorijskog uredjaja. Hologrami se snimaju jedan preko drugog korisenjem ugaonog ili faznog multipleksa. Na ovaj nacin se na jedan disk moze upisati 2.8 terabita,sa vremenom pristupa od 17ms i vremenom upisa celog diska od samo 60 sekundi.

Spektralna holografska memorija

U proteklih nekoliko decenija,brzina i kapacitet magnetnih i optickih memorija su se veoma uvecali. Medjutim,ova poboljsanja su posledica postepenih unapredjivanja,a ne neke fundamentalne tehnoloske i konceptualne promene. Podaci se i dalje skladiste u formi malih magnetnih ili optickih oznaka na dvodimenzionalnoj povrsini,tj. Medijumu za snimanje. Jasno je da ce fundamentalna ogranicena nastupiti pre ili kasnije. Tada ce dalji napredak performansi zavisiti iskljucivo od novih tehnologija kao sto je holografska memorija.

Standardni pristup u povecanju gustine zapisa (bita po kvadratnom centimetru) je smanjivanje veliine tacke za upis/citanje. Medjutim,postoje granice do kojih se na taj nacin moze stici.

U slucaju optickog adresiranja,minimalna velicina tacke je odredjena difrakcijom i moze se precizno izracunati.

Dalja unapredjivanja se mogu postici samo upotrebom parametra za adresiranje koji ne zavisi od prostornih koordinata. Na taj nacin se zeli istovremeno pristupiti velikom broju bita na razlicitim prostornim lokacijama. Ocigledan izbor za ovakav parameter adresiranja je laser. U memoriji koja je implementirana sa frekvencijom kao adresnim parametrom,lokacijama se pristupa putem kombinovanih prostornih i

21

frekvenijskih kooridanata. Da li se frekvenija lasera zaista moze koristiti kao adresni parameter? To zavisi od raspolozivosti i cene materijala koji reaguju na razlicite frekvencije.

Mnogi opticki materijali poseduju svojstvo nehomogenog sirenja spektralnih apsorpcionih linija. To znai da upadna monohromatska svetlost (laser) reaguje sa samo nekim od aktivnih apsorpcionih atoma. Promenom frekvenije upadnog zraka mogu se izdvojiti nezavisni skupovi takvih atoma. Skladistenje informacija u frekvencijskom domenu se postize promenom apsorpcije na razlicitim frekvencijama procesom poznatim kao sprektralno busenje rupa.

Svaki materijal karakterisu dve frekvencijske skale-ukupni apsorpcioni opseg i minimalnu sirinu spektralnog kanala koja se moze koristiti.

Odnos izmedju ukupnog apsorpcionog opsega i minimalne sirine sprektralnog kanala nam govori koliko spektralnih kanala moze dati odredjeni materijal. Kod nekih materijala je na niskim temperaturama raspolozivo nekoliko miliona razlicitih sprektralnih kanala. Moze se pokazati da spektralna memorija sa million kanala obezbedjuje gustinu zapisa od preko 10 na 12 bita po kvadratnom incu. Poredjenja radi, to je tri reda velicine iznad teoretskog maksimuma za konvencionalne difrakcione opticke memorije.

Naravno, i kapacitet spektralne holografske memorije je ogranicen. Medjutim,ogranicenje predstavlja samo broj atoma na svakoj spektralno-prostornoj adresi. Analize pokazuju da je za pamcenje jednog bita dovoljno oko 10 000 atoma. Ovo je neuporedivo manje nego sto je za istu stvar potrebno u konvencionalnim memorijama.

U fizici postoji fundamentalna veza izmedju dogadjaja u vremenskom i frekvenijksom domenu. Dogadjaj koji je lokalizovan u odredjenom vremenskom intervalu t mora biti opisan raspodelom frekvenija na interval sirokom 1/t. Posledica ove zavisnosti je biti u optickom toku podataka zauzimaju sire spektralne intervali sa sirenjem proupsnog opsega. Ako svaki bit skaldistimo u frekvencijskim dimenzijama,sirina pridruzenog spektralnog kanala se siri sa povecanjem brzine

22

prenosa. Jasno je da se na taj nacin moze desiti da sirina kanala postane veca od minimalne sirine za dati materijal,cime smanjujemo mogucnost za multipleksiranje u vise kanala. Na osnovu fundamentalnih principa fizike mozemo zakljuciti da velika spektralna gustina podataka i sirok propusni ospeg nisu medjusobno kompatibilni. Medjutim,pronadjeni su mehanizmi za zaobilazenje ovog neprijatnog ogranicenja. Pristup je sledeci: biti se u toku podataka skladiste pojedinacno kroz sirok propusni opseg,ali tako da u frekvenijskom domenu reskacu prethodni i sledeci bit u sekvenci. Biti ne moraju biti susedni u frekventnom domenu,pa prethodno ogranicenje ne vazi.

Kod obicne prostorne holografije,interferencija izmedju dva svetlosna polja dovodi do skladistenja informacije o prostornom talasnom frontu lasera. Uskladistena informacija je dovoljna za potpunu rekonstrukciju upotrebljenog zraka. Kod spektralne holografske memorije,dva zraka konacnog trajanja (koja ne moraju cak ni biti simultana) reaguje sa materijalom za snimanje koji je frekvencijski selektivan. Interfrencija dva zraka u frekvencijskom domenu dovodi do skladistenja informacije o talasnom frontu jednog zraka (koju predstavlja frekvencijski zavisna asorpcija). Ako se u opticki zrak kodiraju podaci,i ta informacija ce biti zapamcena u upisano u talasnom frontu.

Citanje ovakve memorije proizvodi signal ciji je profil identican orginalnom ulaznom zraku. Posto su materijali osetljivi na frekvenciju i prostorno selektivni,moguce je konstruisati prostorno-spektralne holograme kod kojih se pamti i prostorna struktura ulaznog zraka.

Vec je obavljeno nekoliko eksperimenata koji demonstriraju mogucnosti spektrane holografske memorije. U njima je kao izvor svetla koriscen komercijalni poluprovodnicki diodni laser sa talasnom duzinom od 780 nm. Medijum za snimanje je Kristal materijala Tm3+ : YAG,dok je kao detektor signala moguce koristiti avalans fotodiodu. Laser daje tri zraka: dva za upis (referentni i podaci) i jedan za citanje. Oni se dobijaju deljenjem jednog zraka na izlazu lasera pomocu modulatora kao sto je prikazano na slici:

23

Slika 5. Deljenje jednog zraka na izlazu lasera pomocu modulatora

Sada cemo prikazati i kako izgleda upis i citanje u jedan memorijski modul. Posmatra se sekvenca od 1760 bita sa protokom od 20 megabita u sekundi. Sekvenca je kodirana u ulaznom zraku,upisana u memoriju i zatim procitana.

Gustina zapisa je oko 8 gigabita po kvadratnom incu,dok je proizvod gustine i sirine proupsnog opsega 1.5*10 na 17 bita/in2-sec. Obe vrednosti su za red velicine vece nego kod magnetnih ili optickih memorija. Medjutim,treba imati u vidu da su navedeni rezlutati daleko do teoretskog maksimuma spektralnih memorija jer su ograniceni trenutno raspolozivom opremom. Cak I danas se relativno lako moze postici gustina zapisa od 100 gigabita na kvadratnom incu i brzina prenosa od 1 gigabita u sekundi. Otkriveni su materijali cije osobine dozvoljavaju da se i ove vrednosti visestruko premase.

24

Performanse memorije sa ovakvim kapacitetom i brzinom su drasticno iznad performansi memorije koja je danas raspoloziva na trzistu. Zato nije cudno sto u upotrebi holografske memorije jos uvek postoje velika ogranicenja. Da bi se postigle navedene vrednosti,potrebno je da se Kristal nalazi na temperaturama bliskim apsolutnoj nuli,dok je postojanost upisanih podataka svega deseti deo milisekunde. Treba napomenuti da su ovi parametrici veoma zavisni od upotrebljenog medijuma za skladistenje,pa je ocigledno da ce ispitivanje pogodnih materijala odigrati kljucnu ulogu u daljem razvoju holofraskih memorija. Naime,vec je poznato da materijali poput Eu3+ : Y_2O_3 zadrzavaju podatke vise dana,ali se ipak moraju koristiti na niskim temperaturama. Pronadjeni su i materijali koji na sobnoj temperature mogu vrlo dugo cuvati podatke,ali je za pristup potrebna temperatura bliska apsolutno nuli. Na kraju,pronadjeni su i materijali koji su u potpunosti funkcionisali na sobnoj temperature-problem je sto oni imaju vrlo mali broj spektralnih kanala. Do danas jos nije pronadjen idealan materijal koji bi posluzio kao medijum za skladistenje. Medjutim, postoji mnogo materijala koji poseduju trazena svojstva,a jos nisu ispitani.

Vrlo je verovatno da se medju njima krije kandidat za nosioca informacija. S obzirom da ne postoji ni jedna druga tehnika koja nudi slicne performance,verovatno je da ce holografska memorija biti memorija buducnosti.

Napredne tehnike (dvofotonski zapis,proteinske I DNK memorije)

Dvofotonski zapis

25

Ideja ove tehnologije je u iskoriscenju paralelne prirode optickog zapisivanja,cime se strana digitalnih podataka moze citati (ili upisivati) simultano,umesto bit po bit. Na taj nacin se postize gustina zapisa od 10 na 12 bita po kubnom centimetru. Trenutno u laboratorijskim uslovima postoji WORM sistem,ali se i dalje vrse intenzivna istrazivanja,kako u oblasti same ideje,tako i u nalazenju odgovarajuceg materijala za skladistenje.

Osnovna dvofotonskog zapisa je simultana asporpcija dva fotona ciji je zbir energija jednak energetskoj razlici izmedju pocetnog i krajnjeg stanja u materijalu. Simultana apsorpicja dovodi do promene u molekularnoj strukturi materijala. Na taj nacin se menjaju razna svojstva meterijala,ukljucujuci indeks refrakcije,apsorpcioni i fluorescentni spektar. Ukrstanjem dva opticka zraka se mogu promeniti i adresirati lokalna opticka svojstva materijala u bilo kojoj tacki trodimenzionalnog prostora. Na taj nacin se vrsi upis digitalnih podataka. Maksimalni kapacitet je odredjen difrakcionim efektima optickog sistema. Citanje se vrsi ispitivanjem materijala jednim zrakom,cime se prakticno registruje promena nekog optickog svojstva.

Digitalna informacija se upisuje u materijal tako da su ravni podataka razdvojene aksijalno. Trenutno se materijal izradjuje u obliku kocke,ali se ispituje prednost nekih drugih geometrija.

Ulazni zrak (talasna duzina 532nm) koji nosi podatke se prostorno modulise i projektuje u odgovarajucu ravan unutar kocke. Drugi zrak je adresni (talasna duzina 1064nm) i on propagira ortogonalno u odnosu na ulazni. Zatim se cilindricno fokusira kroz kocku.

Podaci se snimaju kada ulazni i adresni zrak istovremeno osvetle istu ravan. Aksijalna rezolucija je ogranicena divergencijom adresnog zraka,dok je laterana rezolucija odredjena difrakcionim efektima i aberacijom ulaznog zraka.

Citanje se postize merenjem fluorescencije materijala. Ulazni zrak se blokira,a zrak sa talasnom duzinom 532nm se cilindricno fokusira kako bi se citanje vrsilo sa odredjene stranice. Ako na trazenom mestu nema podataka,zrak se ne apsorbuje i

26

prolzai kroz sistem. Medjutim,ako je na datom mestu vrsen upis,zrak za citanje se apsorbuje,cime se pobuduje fluorescencija na duzoj talasnoj duzini. Procitana ravan se zatim krzo filter projektuje na CCD. Za digitalizovanje podataka se koriste pragovi pojedinacnih piksela u CCd matrici.

Bioloski molekuli

Ideja holografskih memorija jeste nova,ali ni izbliza tako nova kao sto je ideja o upotrebi bioloskoh molekula u skladistenju podataka. Istrazivaci ovog egzoticnog polja su se podelili u dva pravca: bakterijski protein i DNK polimeri.

Materijal koji veoma obecava je protein bacteriohodopsin (bR). To je protein koji provodi svetlo,a nalazi se u bakterijama Halobacerium halobium. On izgradjuje membranu koja je neophodna za zivot bakterije,jer pruza zastitu od surovih uslova zivota u slanim mocvarama u kojima je koncentracija soli sest puta veca nego u morskoj vodi. Uz pomoc ovog protein bakterija je u stanju da prevodi svetlosnu energiju u metabolicki koristan oblik kada uslovi ne dozvoljavaju aerobno disanje.

Ova fleksibilnost omogucava bakteriji da prelazi sa fotosinteze na aerobno disanje i obrnuto,u zavisnosti od trenutnih uslova u zivotnoj sredini. Ostri uslovi zivota u slanim mocvarama su doveli do toga da je protein otporan na termalna i fotohemijska ostecenja.

Ove osobine,zajedno sa otkrivenim prirodnim ciklusom cine da ova protein bude idealan kandidat za medijum za opticko skladistenje podataka. Fotociklus protein bR.

U toku proucavanja ovog protein identifikovana je reakcija grananja, oznacena stanjima P I Q. Stabilno stanje molekula je bR. Iz njega se primarnim

27

fotohemijskim dogadjajem prelazi u stanje K. Ostali prelazi su izazvani termalnim reakcijama i rezultuju u vracanju u stabilno stanje bR. Ceo fotociklus traje od 6 do 10 milisekundi,zavisno od temperature. Zanimljiva reakcija zbog koje dolazi do grananja u ciklusu se desava kada poslednje prelazno stanje O svetlosni kvant prevede u stanje P,koje spontano prelazi u Q. P I Q su jedina stanja koja ucestvuju u grananju. Stanje Q se koristi za upis podataka I do njega se dolazi sekvencijalnim jednofotonskim procesom. To znaci da se vreme reakcije mora precizno kontrolisati. Materijal se mora osvetliti drugi put kada su molekuli u stanju O,tj. Oko 2ms posle pocetnog impulsa za upis. Vreme trajnosti upisanog stanja je oko pet godina na sobnoj temperaturi.

Drugi pristup u upotrebi bioloskih molekula za skladistenje podataka je DNK memorija sa visetrukim talasnim duzinama. Ova tehnologija se zasniva na koriscenju mogacenih polimera dezoksiribonukleinske kiselnie kao osnovne trodimenzionalne strukture za otpicku memoriju. DNK polimer pruzaju robustan i sineticki materijal koji se moze organizovati u veliki broj unapred odredjenih struktura. DNK structure,prirodne i vestacke,proizvode relativno snazne sumikronske izvore fluorescentnog zracenja. S ozbirom da se energija prenosi na molekularnom nivou,efiksanost je blizu 100%. Nivoi zracenja u ovakvim strukturama su unutar praga najmodernijih detektora. Razvoj mehanizama za upis i citanje iz DNK polimera je prvenstveni zadatak u ovom polju.

U dosadasnjim istrazivanjima, DNK polimeri su vec kombinovani sa staklom,aluminijumom i silikonom kako bi se odredila kompatibilnost za buduce primene. Eksperimenti su pokazali potencijal upotrebe DNK u memorijskim sistemima sa vise talasnih duzina.

U prvim eksperimentima je dobijen odgovor od sest boja.

Ideja je da se pobudivanjem DNK strukture jednom talasnom duzinom dobije odgovor sa vise talasnih duzina,koji oznacava neko ranije upisano stanje. Dalji razvoj ove tehnologije ce u mnogome zavisiti od opsteg napretka na polju nanotehnologije.

28

Zakljucak

Razvijena toplota laserskog snopa koristi se za odredjene elektrotermicke procese. Upotrebom lasera u elektrotermiji je uglavnom na eksperimentalnom nivou,mada se u nekim sferama primene pokazuje kao konkuretna lasicnim postupcima,kako u pogledu eonomicnosti tako i u pogledu ispunjavanja odredjenih tehnoloskih uslova,odnosno kvaliteta finalnog proizvoda.

Primena lasera je neosporivo siroka. Ogranicene snage lasera,konacno i relativno kratko vreme razvoja,sulovili su da laseri nisu u odnosu na mogucnsoti adekvatno zastupljeni u elektrotermicim procesima. Od interesa je ipak istaknuti primenu lasera u termickoj obradi.

Talasni snop lasera odlikuje se osobnom visoke fokusacije snopa,odnosno osobinom da se moze ostaviti visoka koncentracija gustine energije po jedinici povrsine koja se obradjuje. Ostvarena gustina energije je dovoljno velika za topljenje,rezanje i busenje metala,odnosno nemetala.

29