Studirajte zahvaljujući brojnim resursima koji su dostupni na Docsity-u
Zaradite bodove pomažući drugim studentima ili ih kupite uz Premium plan
Pripremite ispite
Studirajte zahvaljujući brojnim resursima koji su dostupni na Docsity-u
Nabavite poene za preuzimanje
Zaradite bodove pomažući drugim studentima ili ih kupite uz Premium plan
Laser i primena lasera u industriji
Tipologija: Seminarski radovi
1 / 31
Ova stranica nije vidljiva u pregledu
Ne propustite važne delove!
Profesor: Student: Dr Vesna Šotra Velimir Rajak 36C/ Beograd. 2020.
Godine 1917, Albert Ajnštajn je postavio temelje za pronalaženje lasera, odnosno njegovog predaka masera, svojim revolucionarnim izvođenjem iz Plankovog zakona radijacije zasnovanog na konceptu spontane i stimulisane emisije. Ova teorija nije našla svoju primenu sve do pred Drugi svetski rat. Godine 1939. konstruisana je prva negativna apsorcija sa gasnim smešama (Fabrikant). 1954. godine Čarls Tauns (engl. Charles Townes) i njegovi studenti Džejms Gordon i Herbert Cajger napravili su prvi maser, kvantni generator u mikrotalasnom dijapazonu, što je interesantno za etalone frekvencije i vremena. Taunsov maser nije bio sposoban za rad u kontinualnom režimu zračenja. Sa čuvenom trojkom Nikolaj Basov, Aleksandar Prohorov i nezavisno Tauns demonstrirali su rad kvantnog oscilatora koji je radio u neprekidnom režimu koristeći dvonivoski sistem. Ovaj sistem je postigavši neprekidnu stimulisanu emisiju bez pada na osnovni nivo, u stvari uspreo da uspostavi inverziju naseljenosti. Tauns, Basov i Prohorov su podelili Nobelovu nagradu za fiziku 1964. godine za „fundamentalan doprinos na polju kvantne elektronike, koji je doveo do konstruisanja oscilatora i pojačavača zasnovanog na laser-maser principu“. Slika 1. Aleksandar Prokhorov Nobelova Nagrada za fiziku i za istrazivanje lasera u SSSR Godine 1957. Čarls Tauns i Artur Leonard Šaulou koji su tada radili u Belovim laboratorijama, započinju niz ispitivanja na infracrvenom maseru. Kako se ideja razvijala, rad na infracrvenim frekvencijama biva napušten, i umesto taga se preusmeravaju na vidljiv deo spektra. Koncept je izvorno nazvan „optički maser“. Istraživači iz Belove laboratorije su kasnije podneli patentnu prijavu za ovaj novi uređaj. Istovremeno Gordon Guld, apsolvent na Kolumbija univerzitetu razgovara sa Taunsom na temu emisije i radijacije. 1958. godine Prohorov je predložio primenu rezonatora koji je
danas važan deo lasera. Prvi put naziv „laser“ pominje se u jevnosti u izveštaju Gulda iz
Ласер се састоји од медијума за појачање, механизма за његово напајање и нечега што пружа оптичке повратне информације. [13] Средство за појачање је материјал са својствима која му омогућавају појачавање светлости путем стимулисане емисије. Појачава се светлост одређене таласне дужине која пролази кроз појачани медијум (повећава снагу). Да би појачани медијум појачавао светлост, треба га опскрбити енергијом у процесу који се назива пумпање. Енергија се обично испоручује као електрична струја или као светлост различите таласне дужине. Светло пумпе може да обезбеди блиц лампа или други ласер. Најчешћи тип ласера користи повратне информације из оптичке шупљине - пар огледала на оба краја медијума за појачање. Светлост се поскакује напред-назад између огледала, пролази кроз појачани медијум и сваки пут се појачава. Типично је једно од два огледала, излазна спојница, делимично прозирно. Део светлости излази кроз ово огледало. У зависности од дизајна шупљине (било да су огледала равна или закривљена), светлост која излази из ласера може се ширити или формирати уски сноп. Аналогно електронским осцилаторима, овај уређај се понекад назива и ласерски осцилатор. Већина практичних ласера садржи додатне елементе који утичу на својства емитоване светлости, попут поларизације, таласне дужине и облика снопа. Slika 2. Dizajnski prikas funkcionalosti lasera
Laserska fizika U klasičnom pogledu, energija elektrona koji kruži oko atomskog jezgra je veća za orbite dalje od jezgra atoma. Međutim, kvantno-mehanički efekti primoraju elektrone da zauzmu diskretne položaje na orbitalama. Dakle, elektroni se nalaze u određenim energetskim nivoima atoma, od kojih su dva prikazana u nastavku: Slika 3. Stimulisovana emisija talasa Elektron u atomu može da apsorbuje energiju iz svetlosti (fotoni) ili toplote (fononi) samo ako postoji prelaz između nivoa energije koji se podudara sa energijom koju nosi foton ili fonon. Za svetlost to znači da će bilo koji dati prelaz apsorbovati samo jednu određenu talasnu dužinu svetlosti. Fotoni sa tačnom talasnom dužinom mogu izazvati skok elektrona sa nižeg na viši nivo energije. U ovom procesu se troši foton. Kada je elektron pobuđen na viši nivo energije, takav neće ostati zauvek. Na kraju, elektron se raspada na niži nivo energije koji nije zauzet, pri čemu prelazi na različite nivoe imaju različite vremenske konstante. Kada se takav elektron raspadne bez spoljnog uticaja, on emituje foton. Ovaj proces se naziva „spontana emisija“. Emitovani foton ima slučajnu fazu i smer, ali njegova talasna dužina odgovara apsorpcionoj talasnoj dužini prelaza. Ovo je mehanizam fluorescencije i toplotne emisije. Foton tačne talasne dužine koji treba da bude apsorbovan prelazom takođe može dovesti do pada elektrona sa višeg na niži nivo, emitujući novi foton. Emitovani foton se tačno podudara sa originalnim fotonom u talasnoj dužini, fazi i pravcu. Ovaj proces se naziva stimulisana emisija.
kojih koherentni snop svetlosti putuje u oba smera, reflektujući se nazad na sebe tako da će prosečni foton više puta proći kroz pojačani medijum pre nego što se emituje iz izlaznog otvora ili izgubi u difrakciji ili apsorpciji. Ako je pojačanje (pojačanje) u medijumu veće od gubitaka rezonatora, tada snaga recirkulišuće svetlosti može da raste eksponencijalno. Ali svaki stimulisani događaj emisije vraća atom iz pobuđenog stanja u osnovno stanje, smanjujući pojačanje medija. Sa povećanjem snage snopa, neto dobitak (dobitak minus gubitak) smanjuje se na jedinicu i kaže se da je medijum pojačanja zasićen. U laseru sa neprekidnim talasom (CV), ravnoteža snage pumpe protiv zasićenja pojačanja i gubitaka u šupljini stvara ravnotežnu vrednost laserske snage unutar šupljine; ova ravnoteža određuje radnu tačku lasera. Ako je primenjena snaga pumpe premala, pojačanje nikada neće biti dovoljno za prevazilaženje gubitaka u šupljini i neće se proizvoditi lasersko svetlo. Minimalna snaga pumpe potrebna za započinjanje laserskog delovanja naziva se prag doziranja. Pojačani medijum će pojačati sve fotone koji prolaze kroz njega, bez obzira na smer; ali samo će fotoni u prostornom režimu koji podržava rezonator proći više puta kroz medijum i dobiti znatno pojačanje. U većini lasera, leiranje započinje spontanom emisijom u režim laseriranja. Tada se ovo početno svetlo pojačava stimulisanom emisijom u pojačanom medijumu. Stimulisana emisija proizvodi svetlost koja se poklapa sa ulaznim signalom u smeru, talasnoj dužini i polarizaciji, dok je faza emitovane svetlosti 90 stepeni u olovu stimulativne svetlosti. Ovo, u kombinaciji sa efektom filtriranja optičkog rezonatora, daje laserskom svetlu karakterističnu koherentnost i može mu dati jednoliku polarizaciju i monohromatskost, u zavisnosti od dizajna rezonatora. Osnovna širina linije lasera svetlosti koja se emituje iz rezonatora za lasersko opterećenje može biti za redove veličine uža od širine linije svetlosti koja se emituje iz pasivnog rezonatora. Neki laseri koriste zasebnu sijačicu za injektiranje da započnu proces snopom koji je već vrlo koherentan. Ovo može proizvesti zrake užeg spektra nego što bi to inače bilo moguće. Mnogi laseri proizvode snop koji se može aproksimirati kao Gaussov snop; takve grede imaju najmanju moguću divergenciju za dati prečnik grede. Neki laseri, posebno oni velike snage, proizvode višemodne zrake, pri čemu se poprečni modusi često aproksimiraju korišćenjem Hermite-Gaussovih ili Laguerre-Gaussovih funkcija. Neki laseri velike snage koriste profil sa ravnim vrhom poznat kao „tophat zrak“. Nestabilni laserski rezonatori (koji se ne koriste u većini lasera) proizvode zrake u obliku fraktala. Specijalizovani optički sistemi mogu proizvesti složenije geometrije snopa, poput Besselovih zraka i optičkih vrtloga.
Slika 5. Dijagram duziskemere sa intezitetom lasera Blizu „struka“ (ili žarišne oblasti) laserskog zraka, on je visoko kolimatizovan: talasni frontovi su ravni, normalni na smer širenja, u tom trenutku nema divergencije zraka. Međutim, zbog difrakcije, to može ostati tačno samo unutar Raileigh-ovog opsega. Zrak lasera sa jednim transverzalnim modusom (gausovim snopom) na kraju se razilazi pod uglom koji varira obrnuto od prečnika zraka, kako zahteva teorija difrakcije. Tako bi se „snop olovke“ koji je direktno generisao uobičajeni helijum-neonski laser proširio na veličinu od možda 500 kilometara kada bi zasijao na Mesecu (iz daljine zemlje). S druge strane, svetlost poluprovodničkog lasera obično izlazi iz sićušnog kristala sa velikim odstupanjem: do 50 °. Međutim, čak i takav divergentni snop može se transformisati u slično kolimatizovani snop pomoću sistema sočiva, kao što je uvek uključeno, na primer, u laserski pokazivač čija svetlost potiče od laserske diode. To je moguće zbog svetlosnog bića jednog prostornog režima. Ovo jedinstveno svojstvo laserskog svetla, prostorna koherentnost, ne može se replicirati pomoću standardnih izvora svetlosti (osim odbacivanjem većine svetlosti), što se može proceniti upoređivanjem snopa od baterijske lampe (baterijske lampe) ili reflektora sa svetlošću skoro bilo kog lasera. Profiler laserskog zraka koristi se za merenje profila intenziteta, širine i divergencije laserskih zraka. Difuzni odraz laserskog zraka od matirane površine daje šareni uzorak zanimljivih svojstava. Mehanizam proizvodnje zračenja u laseru oslanja se na stimulisanu emisiju, gde se energija izvlači iz prelaska u atomu ili molekulu. Ovo je kvantni fenomen koji je otkrio Albert Ajnštajn koji je izveo vezu između A koeficijenta koji opisuje spontanu emisiju i B koeficijenta koji se odnosi na apsorpciju i stimulisanu emisiju. Međutim, u slučaju lasera sa slobodnim elektronima, nivoi atomske energije nisu uključeni; čini se da se rad ovog prilično egzotičnog uređaja može objasniti bez pozivanja na kvantnu mehaniku.
Impulsni rad lasera odnosi se na bilo koji laser koji nije klasifikovan kao kontinuirani talas, tako da se optička snaga pojavljuje u impulsima određenog trajanja sa nekom brzinom ponavljanja. Ovo obuhvata širok spektar tehnologija koje se bave nizom različitih motivacija. Neki laseri su impulsni samo zato što se ne mogu pokretati u kontinuiranom režimu. Slika 7. Laserska veza od tačke do tačke optička bežična mreža U drugim slučajevima, aplikacija zahteva proizvodnju impulsa koji imaju što veću energiju. Budući da je energija impulsa jednaka prosečnoj snazi podeljenoj sa brzinom ponavljanja, ovaj cilj se ponekad može zadovoljiti smanjenjem brzine impulsa tako da se između impulsa može sakupiti više energije. Na primer, u laserskoj ablaciji, mala količina materijala na površini radnog predmeta može se ispariti ako se zagreje za vrlo kratko vreme, dok bi opskrba energijom postepeno omogućila apsorpciju toplote u glavninu komad, nikada ne postigne dovoljno visoku temperaturu u određenoj tački. Ostale aplikacije se oslanjaju na vršnu impulsnu snagu (umesto na energiju u impulsu), posebno da bi se postigli nelinearni optički efekti. Za datu impulsnu energiju, ovo zahteva stvaranje impulsa najkraćeg mogućeg trajanja koristeći tehnike kao što je K-prebacivanje. Optička širina opsega impulsa ne može biti uža od recipročne širine impulsa. U slučaju ekstremno kratkih impulsa, to podrazumeva generiranje velike širine opsega, sasvim suprotno vrlo uskim širinama opsega tipičnim za CV lasere. Medijum za lansiranje kod nekih lasera za bojenje i vibronskih solid-state lasera proizvodi optičko pojačanje u širokom opsegu, što omogućava laser koji na taj način može da generiše impulse svetlosti kratke samo nekoliko femtosekundi (10−15 s). U K-preklopnom laseru, inverzija populacije se može povećati unošenjem gubitka unutar rezonatora koji premašuje pojačanje medija; ovo se takođe može opisati kao smanjenje faktora kvaliteta ili 'K' šupljine. Zatim, nakon što se energija pumpe uskladištena u laserskom mediju približi maksimalno mogućem nivou, uvedeni mehanizam gubitaka (često elektro- ili akustično-optički element) brzo se uklanja (ili se sam javlja u pasivnom uređaju), omogućavajući lasiranje za početak koji brzo dobija uskladištenu energiju u medijumu pojačanja. To rezultira kratkim impulsom koji uključuje tu energiju, a time i velikom vršnom snagom. Laser zaključan u modu sposoban je da emituje izuzetno kratke impulse reda veličine desetine pikosekundi do manje od 10 femtosekundi. Ovi impulsi će se ponoviti za vreme
kružnog putovanja, odnosno vremena za koje je potrebno svetlo da se završi jedno kružno putovanje između ogledala koja sadrže rezonator. Zbog Furijeove granice (poznate i kao energetsko-vremenska nesigurnost), impuls tako kratke vremenske dužine ima spektar rasprostranjen na znatnoj propusnoj širini. Stoga takav pojačani medij mora imati širinu opsega pojačanja dovoljno široku da pojača te frekvencije. Primer pogodnog materijala je veštački uzgajan safir (Ti: safir) dopiran titanom koji ima vrlo širok pojasni opseg i na taj način može proizvesti impulse u trajanju od samo nekoliko femtosekundi. Takvi laserski zaključani modusi su najsvestraniji alat za istraživanje procesa koji se javljaju na izuzetno kratkim vremenskim skalama (poznatim kao femtosekundna fizika, femtosekundna hemija i ultrabrza nauka), za maksimiziranje efekta nelinearnosti u optičkim materijalima (npr. U generaciji drugog harmonika, parametarski konverzija nadole, optički parametarski oscilatori i slično). Zbog velike vršne snage i sposobnosti da generišu fazno stabilizovane vozove ultrabrzih laserskih impulsa, ultrabrzi laseri sa zaključavanjem moda podržavaju preciznu metrologiju i spektroskopiju. Drugi metod postizanja impulsnog laserskog rada je pumpanje laserskog materijala izvorom koji je sam impulsan, bilo putem elektronskog punjenja u slučaju blic lampi, ili drugim laserom koji je već impulsan. Pulsno pumpanje se u prošlosti koristilo kod lasera na boje gde je obrnuti životni vek molekula boje bio tako kratak da je bila potrebna brza pumpa visoke energije. Način za prevazilaženje ovog problema bio je punjenje velikih kondenzatora koji su zatim prebačeni da se prazne kroz lampe, proizvodeći intenzivan blic. Impulsno pumpanje je takođe potrebno za lasere sa tri nivoa u kojima donji nivo energije brzo postaje visoko naseljen sprečavajući dalje lazanje dok se ti atomi ne opuste u osnovno stanje. Ovi laseri, kao što su ekcimer laser i laser bakarne pare, nikada ne mogu da rade u CB režimu. Slika 8. Mercuri Laser Altimeter (MLA) svemirske letelice MESSENGER
strujama gasova, razvijeni su i imaju neke industrijske primene. Kao primeri, kod vodonik- fluoridnog lasera (2700–2900 nm) i deuterijum-fluoridnog lasera (3800 nm) reakcija je kombinacija vodonika ili gasa deuterijuma sa produktima sagorevanja etilena u azotnom trifluoridu. Eksimerni laseri su posebna vrsta gasnog lasera koji se napajaju električnim pražnjenjem u kome je medij za lansiranje ekscimer ili tačnije ekscipleks u postojećim izvedbama. To su molekuli koji mogu postojati samo sa jednim atomom u pobuđenom elektronskom stanju. Jednom kada molekul prenese energiju pobude na foton, njegovi atomi više nisu povezani jedni sa drugima i molekul se raspada. Ovo drastično smanjuje populaciju nižeg energetskog stanja, što u velikoj meri olakšava inverziju stanovništva. Trenutno se koriste ekscimeri sva jedinjenja plemenitih gasova; plemeniti gasovi su hemijski inertni i mogu formirati jedinjenja samo u uzbuđenom stanju. Eksimerni laseri obično rade na ultraljubičastim talasnim dužinama sa glavnim primenama, uključujući poluprovodničku fotolitografiju i LASIK operaciju oka. Uobičajeni molekuli eksicmera uključuju ArF (emisija na 193 nm), KrCl ( nm), KrF (248 nm), KseCl (308 nm) i KseF (351 nm). Molekularni fluorov laser, koji emituje na 157 nm u vakuumskom ultraljubičastom zračenju, ponekad se naziva ekcimernim laserom, međutim čini se da je ovo pogrešan naziv jer je F2 stabilno jedinjenje. Čvrsti laseri koriste kristalnu ili staklenu šipku koja je „dopingovana“ jonima koji obezbeđuju potrebna energetska stanja. Na primer, prvi radni laser bio je rubin laser, napravljen od rubina (korund dopiran hromom). Inverzija stanovništva se zapravo održava u dodavanju. Ovi materijali se pumpaju optički korišćenjem kraće talasne dužine od talasne dužine lasera, često iz fleš cevi ili drugog lasera. Upotreba izraza „čvrsto stanje” u laserskoj fizici je uža nego u tipičnoj upotrebi. Poluprovodnički laseri (laserske diode) obično se ne nazivaju čvrstim laserima. Neodimijum je uobičajena dopantna supstanca u raznim čvrstim staklenim laserskim kristalima, uključujući itrijumov ortovavanadat (Nd: IVO4), itrijum litijum fluorid (Nd: ILF) i itrijum aluminijum granat (Nd: IAG). Svi ovi laseri mogu proizvesti velike snage u infracrvenom spektru na 1064 nm. Koriste se za sečenje, zavarivanje i obeležavanje metala i drugih materijala, a takođe u spektroskopiji i za pumpanje lasera za bojenje. Ovi laseri su takođe često udvostručeni, utrostručeni ili učetvorostručeni da bi proizveli zrake od 532 nm (zeleno, vidljivo), 355 nm i 266 nm (UV). Solid-state (DPSS) laseri sa duplim frekvencijama pumpane diodom koriste se za izradu svetlo zelenih laserskih pokazivača. Iterbijum, holmijum, tulijum i erbijum su drugi uobičajeni „dodavači“ u čvrstim laserima. Iterbium se koristi u kristalima kao što su Ib: IAG, Ib: KGV, Ib: KIV, Ib: SIS, Ib: BOIS, Ib: CaF2, koji obično rade oko 1020–1050 nm. Oni su potencijalno vrlo efikasni i snažni zbog malog kvantnog defekta. Izuzetno velike snage u ultrakratkim impulsima mogu se postići sa Ib: IAG. IAG kristali dopirani Holmijem emituju na 2097 nm i formiraju efikasan laser koji radi na infracrvenim talasnim dužinama koje snažno apsorbuju tkiva koja nose vodu. Ho- IAG se obično koristi u impulsnom režimu i prolazi kroz hirurške uređaje od optičkih vlakana da bi ponovo isplivao zglobove, uklonio trulež sa zuba, ispario rak i usitnio bubrežne i žučne kamence.
Safir dotiran titanom (Ti: safir) proizvodi visoko prilagodljivi infracrveni laser, koji se obično koristi za spektroskopiju. Takođe je zapažen za upotrebu kao laser zaključan u modu koji proizvodi ultrakratke impulse izuzetno velike vršne snage. Termička ograničenja u čvrstim laserima proizlaze iz nekonvertovane snage pumpe koja zagreva medijum. Ova toplota, u kombinaciji sa visokim termooptičkim koeficijentom (dn / dT), može prouzrokovati termičko sočivanje i smanjiti kvantnu efikasnost. Diodni pumpi sa tankim diskovima prevladavaju ove probleme tako što imaju pojačan medijum koji je mnogo tanji od prečnika snopa pumpe. To omogućava ravnomerniju temperaturu u materijalu. Pokazalo se da laseri na tankom disku proizvode zrake snage do jednog kilovata. Čvrsti laseri ili laserski pojačavači kod kojih se svetlost usmerava zbog ukupne unutrašnje refleksije u jednom modu optičkih vlakana nazivaju se laserskim vlaknima. Vođenje svetlosti omogućava izuzetno dugotrajne regione pružajući dobre uslove hlađenja; vlakna imaju visok odnos površine i zapremine što omogućava efikasno hlađenje. Pored toga, talasovodna svojstva vlakana imaju tendenciju da smanjuju toplotna izobličenja snopa. Joni erbija i itterbija su uobičajene aktivne vrste u takvim laserima. Često je fiber vlak dizajniran kao dvostruko presvučeno vlakno. Ova vrsta vlakana sastoji se od jezgre vlakana, unutrašnje obloge i spoljne obloge. Indeks tri koncentrična sloja je odabran tako da jezgro vlakana deluje kao jednosmerno vlakno za emisiju lasera, dok spoljna obloga deluje kao visoko multimodno jezgro za laser sa pumpom. Ovo omogućava pumpi da širi veliku količinu energije u i kroz aktivno područje unutrašnjeg jezgra, a da istovremeno ima visok numerički otvor (NA) za lagane uslove pokretanja. Svetlo pumpe može se efikasnije koristiti stvaranjem laserskog diska sa vlaknima ili niza takvih lasera. Vlaknasti laseri imaju osnovnu granicu u tome što intenzitet svetlosti u vlaknu ne može biti tako visok da optičke nelinearnosti indukovane lokalnom jačinom električnog polja mogu postati dominantne i sprečiti laserski rad i / ili dovesti do materijalnog uništavanja vlakana. Ovaj efekat se naziva fotodarkening. Kod rasutih laserskih materijala hlađenje nije toliko efikasno i teško je razdvojiti efekte fotodarknacije od termičkih efekata, ali eksperimenti na vlaknima pokazuju da se fotodarkanje može pripisati stvaranju dugovečnih centara boja Laseri sa fotonskim kristalima u laserima zasnovani na nano-strukturama koji obezbeđuju ograničenje moda i strukturu gustine optičkih stanja (DOS) potrebne za povratne informacije. Slika 10. Komercijalna laserska dioda „zatvorene limenke“ od 5,6 mm, poput one koja se koristi u CD ili DVD plejeru
Razvoj silicijumskog lasera je važan u polju optičkih računara. Silicijum je izbor materijala za integrisane sklopove, pa bi se elektronske i silicijumske fotonske komponente (kao što su optičke interkonekcije) mogle proizvoditi na istom čipu. Na nesreću, silicijum je težak materijal za leiranje, jer ima određena svojstva koja blokiraju lezanje. Međutim, nedavno su timovi proizveli silicijumske lasere metodama poput izrade materijala za lemljenje od silicijuma i drugih poluprovodničkih materijala, kao što su indijum (III) fosfid ili galijum (III) arsenid, materijali koji omogućavaju stvaranje koherentne svetlosti od silicijuma. Oni se zovu hibridni silicijumski laser. Nedavni razvoj takođe je pokazao upotrebu monolitno integrisanih nanožicanih lasera direktno na silicijum za optičke interkonekcije, otvarajući put aplikacijama na nivou čipa. Ovi heterostrukturni nanožični laseri sposobni za optičke međusobne veze u silicijumu takođe su sposobni da emituju parove fazno zaključanih pikosekundnih impulsa sa frekvencijom ponavljanja do 200 GHz, omogućavajući optičku obradu na čipu. Druga vrsta je Raman laser, koji koristi prednost Ramanovog rasejanja za proizvodnju lasera od materijala kao što je silicijum. Ležanje bez održavanja medijuma uzbuđenog u inverziju populacije pokazali su 1992. godine u gasu natrijuma, a 1995. godine u gasu rubidijum različiti međunarodni timovi. To je postignuto korišćenjem spoljnog mazera za indukovanje „optičke prozirnosti“ u medijumu uvođenjem i destruktivnim ometanjem tranzicija zemaljskih elektrona između dva puta, tako da je ukinuta verovatnoća da zemni elektroni apsorbuju bilo koju energiju. Laseri za boje koriste organsku boju kao sredstvo za pojačavanje. Široki spektar pojačanja dostupnih boja ili smeša boja omogućava ovim laserima da budu izuzetno prilagodljivi ili da proizvode vrlo kratkotrajne impulse (reda od nekoliko femtosekundi). Iako su ovi prilagodljivi laseri uglavnom poznati u tečnom obliku, istraživači su takođe pokazali prilagodljivu emisiju uske širine u konfiguracijama disperzivnog oscilatora koji sadrže čvrsti medij za pojačanje boje. U svom najrasprostranjenijem obliku, ovi čvrsti laseri za boje koriste polimere dopirane bojom kao laserski medij. Potraga za laserom visoke kvantne energije pomoću prelaza između izomernih stanja atomskog jezgra bila je predmet širokog akademskog istraživanja od ranih 1970-ih. Mnogo toga je sažeto u tri pregledna članka. Ovo istraživanje je međunarodno, ali se uglavnom temelji na bivšem Sovjetskom Savezu i Sjedinjenim Državama. Iako su mnogi naučnici sa optimizmom da je proboj blizu, operativni laser sa gama zracima tek treba da se realizuje. Neke od ranih studija bile su usmerene ka kratkim impulsima neutrona koji pobuđuju čvrsto stanje gornjeg izomera, tako da bi prelazak gama zraka mogao imati koristi od sužavanja linije Mossbauerovog efekta. Zajedno sa tim, očekivalo se nekoliko prednosti dvostepenog pumpanja sistema sa tri nivoa. Pretpostavljalo se da će jezgro atoma, ugrađeno u blisko polje laserski vođenog koherentno oscilirajućeg elektronskog oblaka, iskusiti veće dipolno polje od polja pogonskog lasera. Dalje, nelinearnost oscilirajućeg oblaka proizvela bi i prostorne i vremenske harmonike, pa bi se nuklearni prelazi veće multipolarnosti mogli pokretati i na višestrukim laserskim frekvencijama.
U septembru 2007. godine, BBC Nevs je izvestio da se spekulisalo o mogućnosti korišćenja uništavanja pozitronijuma za pogon vrlo moćnog lasera gama zraka. Doktor David Cassidi sa Kalifornijskog univerziteta u Riversideu predložio je da se jedan takav laser može koristiti za paljenje reakcije nuklearne fuzije, zamenjujući banke stotina lasera trenutno zaposlenih u eksperimentima fuzije inercijalnog zatvaranja. Rentgenski laseri zasnovani na svemiru pumpani nuklearnom eksplozijom takođe su predloženi kao protivraketno oružje. Takvi uređaji bi bili jednokratno oružje. Žive ćelije su korišćene za proizvodnju laserske svetlosti. Ćelije su genetski napravljene da proizvode zeleni fluorescentni protein (GFP). GFP se koristi kao „medijum pojačanja“ lasera, gde se odvija pojačavanje svetlosti. Ćelije su zatim postavljene između dva sićušna ogledala, prečnika samo 20 milionitih delova metra, koja su delovala kao „laserska šupljina“ u kojoj je svetlost mogla mnogo puta da odbija kroz ćeliju. Kada kupa ćeliju plavim svetlom, moglo se videti da emituje usmereno i intenzivno zeleno lasersko svetlo.
