Εφαρμογή ακτινοβολίας λέιζερ

Λέιζερ — μια κβαντική γεννήτρια (ενισχυτής) συνεκτικής ακτινοβολίας στην οπτική περιοχή. Ο όρος «λέιζερ» σχηματίζεται από τα πρώτα γράμματα του αγγλικού ονόματος amplification of light by διεγερμένης εκπομπής ακτινοβολίας. Ανάλογα με τον τύπο του ενεργού υλικού, γίνεται διάκριση μεταξύ λέιζερ στερεάς κατάστασης, λέιζερ αερίου και υγρού.

Από τα λέιζερ του πρώτου τύπου, το ρουμπίνι είναι το πιο μελετημένο. Ένα από τα παλαιότερα μοντέλα ενός τέτοιου λέιζερ χρησιμοποιεί ενεργειακές μεταβάσεις του τρισθενούς ιόντος χρωμίου Cr3+ σε ένα μονολιθικό ρουμπινί κρύσταλλο (Cr2O3, A12O3). Υπό τη δράση της αντλητικής ακτινοβολίας (με μήκος κύματος της τάξης των 5600 A), το ιόν Cr3+ περνά από το επίπεδο 1 στο επίπεδο 3, από το οποίο είναι δυνατές οι μεταβάσεις προς τα κάτω στα επίπεδα 2 και 1. Εάν κυριαρχούν οι μεταβάσεις στο μετασταθερό επίπεδο 2 και εάν Η αντλία παρέχει μετά, την αντιστροφή του πληθυσμού στα επίπεδα 1 και 2, τότε ο πληθυσμός στο επίπεδο 2 θα υπερβεί τον πληθυσμό στο επίπεδο 1.

Σε περίπτωση αυθόρμητης μετάβασης ενός από τα ιόντα Cr3+, ένα φωτόνιο με συχνότητα εκπέμπεται από το επίπεδο 2 στο επίπεδο 1 e12, το οποίο αρχίζει να διαδίδεται στον ρουμπινί κρύσταλλο.Συναντώντας διεγερμένα ιόντα Cr3+ με d-κόκκινο, αυτό το φωτόνιο προκαλεί ήδη επαγόμενη ακτινοβολία συνεκτική με το πρωτεύον φωτόνιο.

Λόγω των πολυάριθμων αντανακλάσεων από τις γυαλισμένες και ασημένιες άκρες του ρουμπινιού μονοκρυστάλλου, η ένταση της ακτινοβολίας στον κρύσταλλο αυξάνεται συνεχώς. Αυτό συμβαίνει μόνο με αυτά τα φωτόνια, η κατεύθυνση διάδοσης είναι το komotorykh κάνει μια μικρή γωνία με τον άξονα του κρυστάλλου. Η ακτινοβολία χάλυβα αφήνει τον κρύσταλλο μέσω της πλευρικής επιφάνειας και δεν συμμετέχει στο σχηματισμό της δέσμης ακτινοβολίας. Η δέσμη ακτινοβολίας εξέρχεται από ένα από τα άκρα, που είναι ένα ημιδιαφανές κάτοπτρο.

Μια σημαντική πρόοδος στη βελτίωση της τεχνολογίας σε διάφορες βιομηχανίες σχετίζεται με τη χρήση οπτικών κβαντικών γεννητριών (λέιζερ). Όπως γνωρίζετε, η ακτινοβολία λέιζερ διαφέρει σημαντικά από την ακτινοβολία άλλων πηγών φωτός που δεν είναι λέιζερ (θερμική, εκκένωση αερίου κ.λπ.). Αυτές οι διαφορές έχουν οδηγήσει στην ευρεία χρήση των λέιζερ σε διάφορους τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας.

Εξετάστε τον βασικό σχεδιασμό των λέιζερ.

Γενικά, το μπλοκ διάγραμμα μιας οπτικής κβαντικής γεννήτριας (OQC) φαίνεται στο Σχ. 1 (σε ορισμένες περιπτώσεις ενδέχεται να λείπουν οι μονάδες δίσκου 4-7).

Στη δραστική ουσία 1, υπό τη δράση της άντλησης, η ακτινοβολία που διέρχεται από αυτήν ενισχύεται λόγω της επαγόμενης (που προκαλείται από ένα εξωτερικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο) ακτινοβολίας ηλεκτρονίων που περνούν από τα ανώτερα ενεργειακά επίπεδα στα κατώτερα. Σε αυτή την περίπτωση, οι ιδιότητες της δραστικής ουσίας καθορίζουν τη συχνότητα εκπομπής λέιζερ.

Ως δραστική ουσία, μπορούν να χρησιμοποιηθούν κρυσταλλικά ή άμορφα μέσα, στα οποία εισάγονται μικρές ποσότητες ακαθαρσιών ενεργών στοιχείων (σε λέιζερ στερεάς κατάστασης). αέρια ή ατμοί μετάλλων (σε λέιζερ αερίου). υγρά διαλύματα οργανικών βαφών (σε υγρά λέιζερ).

Ρύζι. 1. Μπλοκ διάγραμμα οπτικής κβαντικής γεννήτριας

Με τη βοήθεια του συστήματος αντλίας λέιζερ 3, δημιουργούνται συνθήκες στη δραστική ουσία, γεγονός που καθιστά δυνατή την ενίσχυση της ακτινοβολίας. Για αυτό, είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί μια αντιστροφή (ανακατανομή) των πληθυσμών των ενεργειακών επιπέδων των ατόμων των ηλεκτρονίων, στην οποία ο πληθυσμός των ανώτερων επιπέδων είναι μεγαλύτερος από εκείνον των κατώτερων. Ως συστήματα άντλησης, χρησιμοποιούνται σε λέιζερ στερεάς κατάστασης — λαμπτήρες εκκένωσης αερίου, σε λέιζερ αερίου — πηγές συνεχούς ρεύματος, παλμικές, γεννήτριες HF και μικροκυμάτων και σε λέιζερ υγρών — LAG.

Η δραστική ουσία του λέιζερ τοποθετείται σε ένα οπτικό αντηχείο 2, το οποίο είναι ένα σύστημα κατόπτρων, ένα από τα οποία είναι ημιδιαφανές και χρησιμεύει για την αφαίρεση της ακτινοβολίας λέιζερ από τον αντηχείο.

Οι λειτουργίες του οπτικού συντονιστή είναι αρκετά διαφορετικές: δημιουργία θετικής ανάδρασης στη γεννήτρια, σχηματισμός του φάσματος της ακτινοβολίας λέιζερ κ.λπ.

Η συσκευή 5 για επιλογή τρόπου λειτουργίας και σταθεροποίηση συχνότητας έχει σχεδιαστεί για να βελτιώνει την ποιότητα του φάσματος της ακτινοβολίας εξόδου του λέιζερ, δηλαδή να το φέρει πιο κοντά στο φάσμα των μονοχρωματικών ταλαντώσεων.

Στα υγρά λέιζερ, το Σύστημα 6 επιτυγχάνει ένα ευρύ φάσμα συντονισμού συχνότητας ταλάντωσης. Εάν είναι απαραίτητο, μπορεί να επιτευχθεί διαμόρφωση πλάτους ή φάσης της ακτινοβολίας στο λέιζερ. Η εξωτερική διαμόρφωση χρησιμοποιείται συνήθως με τη συσκευή 7.

Τύποι λέιζερ

Τα σύγχρονα λέιζερ μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με διαφορετικά κριτήρια:

• από τον τύπο της δραστικής ουσίας που χρησιμοποιείται σε αυτά,

• με τρόπο λειτουργίας (συνεχής ή παλμική παραγωγή, λειτουργία Q-switched),

• από φασματικές ιδιότητες της ακτινοβολίας (λέιζερ πολλαπλών τρόπων, μονής λειτουργίας, μονής συχνότητας) κ.λπ.

Η πιο κοινή είναι η πρώτη από τις αναφερόμενες ταξινομήσεις.

Λέιζερ στερεάς κατάστασης

Αυτά τα λέιζερ χρησιμοποιούν κρυσταλλικά και άμορφα μέσα ως δραστική ουσία. Τα λέιζερ στερεάς κατάστασης έχουν μια σειρά από πλεονεκτήματα:

• υψηλές τιμές του γραμμικού κέρδους του μέσου, που καθιστούν δυνατή τη λήψη λέιζερ με μικρές αξονικές διαστάσεις του λέιζερ.

• δυνατότητα λήψης εξαιρετικά υψηλών τιμών ισχύος εξόδου σε παλμική λειτουργία.

Οι κύριοι τύποι λέιζερ στερεάς κατάστασης είναι:

1. ρουμπινί λέιζερ στα οποία τα ιόντα χρωμίου είναι το ενεργό κέντρο. Οι γραμμές παραγωγής βρίσκονται στην κόκκινη περιοχή του φάσματος (λ = 0,69 μm). Η ισχύς εξόδου της ακτινοβολίας σε συνεχή λειτουργία είναι αρκετά watt, η ενέργεια σε παλμική λειτουργία είναι αρκετές εκατοντάδες joules με διάρκεια παλμού της τάξης του 1 ms.

2. λέιζερ με βάση ιόντα μετάλλων σπάνιων γαιών (κυρίως ιόντα νεοδυμίου). Ένα σημαντικό πλεονέκτημα αυτών των λέιζερ είναι η δυνατότητα χρήσης σε συνεχή λειτουργία σε θερμοκρασία δωματίου. Η κύρια γραμμή παραγωγής αυτών των λέιζερ είναι στην υπέρυθρη περιοχή (λ = 1,06 μm). Το επίπεδο ισχύος εξόδου σε συνεχή λειτουργία φτάνει τα 100-200 W με απόδοση 1-2%.

Λέιζερ αερίου

Η αναστροφή πληθυσμού στα λέιζερ αερίου επιτυγχάνεται τόσο με τη βοήθεια εκκενώσεων όσο και με τη βοήθεια άλλων τύπων άντλησης: χημική, θερμική κ.λπ.

Σε σύγκριση με τα λέιζερ αερίου στερεάς κατάστασης, έχουν μια σειρά από πλεονεκτήματα:

• καλύπτει εξαιρετικά μεγάλο εύρος μηκών κύματος 0,2-400 microns.

• η εκπομπή λέιζερ αερίου είναι εξαιρετικά μονόχρωμη και κατευθυντική.

• επιτρέπουν την επίτευξη πολύ υψηλών επιπέδων ισχύος εξόδου σε συνεχή λειτουργία.

Οι κύριοι τύποι λέιζερ αερίου:

1.Λέιζερ νέον ηλίου… Το κύριο μήκος κύματος βρίσκεται στο ορατό τμήμα του φάσματος (λ = 0,63 μm). Η ισχύς εξόδου είναι συνήθως μικρότερη από 100 mW. Σε σύγκριση με όλους τους άλλους τύπους λέιζερ, τα λέιζερ ηλίου-νέον παρέχουν τον υψηλότερο βαθμό συνοχής εξόδου.

2. Λέιζερ ατμού χαλκού… Η κύρια παραγωγή ακτινοβολίας δημιουργείται σε δύο γραμμές, η μία από τις οποίες βρίσκεται στο πράσινο τμήμα του φάσματος (λ = 0,51 μm) και η άλλη στο κίτρινο (λ = 0,58 μm). Η ισχύς παλμού σε τέτοια λέιζερ φτάνει τα 200 kW με μέση ισχύ περίπου 40 W.

3. Λέιζερ αερίων ιόντων... Τα πιο κοινά λέιζερ αυτού του τύπου είναι τα λέιζερ αργού (λ = 0,49 — 0,51 μm) και τα λέιζερ ηλίου-καδμίου (λ = 0,44 μm).

4. Μοριακά λέιζερ CO2... Η πιο ισχυρή γενιά επιτυγχάνεται στα λ = 10,6 μm. Η ισχύς εξόδου στη λειτουργία cw των λέιζερ CO2 είναι εξαιρετικά υψηλή και φτάνει τα 10 kW ή περισσότερο με επαρκώς υψηλή απόδοση 15-30% σε σύγκριση με όλους τους άλλους τύπους λέιζερ. Ισχύς παλμών = 10 MW επιτυγχάνονται με διάρκεια των παραγόμενων παλμών της τάξης των 10-100 ms.

Υγρά λέιζερ

Τα υγρά λέιζερ επιτρέπουν τον συντονισμό σε ένα ευρύ φάσμα της παραγόμενης συχνότητας ταλάντωσης (από λ = 0,3 μm έως λ = 1,3 μm). Κατά κανόνα, σε τέτοια λέιζερ, η δραστική ουσία είναι υγρά διαλύματα οργανικών βαφών (για παράδειγμα, διάλυμα ροδαμίνης).

Παράμετροι λέιζερ

Συνοχή

Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα της ακτινοβολίας λέιζερ είναι η συνοχή της.

Η συνοχή νοείται ως μια συντονισμένη πορεία των διεργασιών των κυμάτων στο χρόνο και το χώρο Χωρική συνοχή — η συνοχή μεταξύ των φάσεων των κυμάτων που εκπέμπονται ταυτόχρονα από διαφορετικά σημεία του χώρου και η χρονική συνοχή — η συνοχή μεταξύ των φάσεων των κυμάτων που εκπέμπονται από ένα σημείο στις στιγμές της διακοπής του χρόνου.

Συνεκτικές ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις — ταλαντώσεις δύο ή περισσότερων πηγών με τις ίδιες συχνότητες και σταθερή διαφορά φάσης. Στη ραδιομηχανική, η έννοια της συνοχής επεκτείνεται επίσης σε πηγές ταλαντώσεων των οποίων οι συχνότητες δεν είναι ίσες. Για παράδειγμα, οι ταλαντώσεις 2 πηγών θεωρούνται συνεκτικές εάν οι συχνότητές τους f1 και e2 βρίσκονται σε ορθολογική σχέση, δηλ. f1 / f2 = n / m, όπου n και m είναι ακέραιοι.

Οι πηγές ταλαντώσεων που στο διάστημα παρατήρησης έχουν σχεδόν ίσες συχνότητες και σχεδόν την ίδια διαφορά φάσης ή πηγές ταλαντώσεων των οποίων ο λόγος συχνότητας διαφέρει ελάχιστα από τον ορθολογικό, ονομάζονται πηγές σχεδόν συνεκτικών ταλαντώσεων.

Η ικανότητα παρεμβολής είναι ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά της συνεκτικής ταλάντωσης. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι μόνο συνεκτικά κύματα μπορούν να παρέμβουν. Στη συνέχεια, θα φανεί ότι μια σειρά από πεδία εφαρμογής των πηγών οπτικής ακτινοβολίας βασίζονται ακριβώς στο φαινόμενο της παρεμβολής.

Απόκλιση

Η υψηλή χωρική συνοχή της ακτινοβολίας λέιζερ οδηγεί σε χαμηλή απόκλιση αυτής της ακτινοβολίας, η οποία εξαρτάται από το μήκος κύματος λ και τις παραμέτρους της οπτικής κοιλότητας που χρησιμοποιείται στο λέιζερ.

Για συνηθισμένες πηγές φωτός, ακόμη και όταν χρησιμοποιούνται ειδικοί καθρέφτες, η γωνία απόκλισης είναι περίπου μία έως δύο τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από αυτή των λέιζερ.

Η χαμηλή απόκλιση της ακτινοβολίας λέιζερ ανοίγει τη δυνατότητα λήψης υψηλής πυκνότητας ροής φωτεινής ενέργειας χρησιμοποιώντας συμβατικούς φακούς εστίασης.

Η υψηλή κατευθυντικότητα της ακτινοβολίας λέιζερ καθιστά δυνατή τη διεξαγωγή τοπικών (πρακτικά σε μια δεδομένη στιγμή) αναλύσεων, μετρήσεων και επιδράσεων σε μια δεδομένη ουσία.

Επιπλέον, η υψηλή χωρική συγκέντρωση της ακτινοβολίας λέιζερ οδηγεί σε έντονα μη γραμμικά φαινόμενα, στα οποία η φύση των συνεχιζόμενων διεργασιών εξαρτάται από την ένταση της ακτινοβολίας. Ως παράδειγμα, μπορούμε να αναφέρουμε την απορρόφηση πολλαπλών φωτονίων, η οποία παρατηρείται μόνο όταν χρησιμοποιούνται πηγές λέιζερ και οδηγεί σε αύξηση της απορρόφησης ενέργειας από την ύλη σε υψηλές δυνάμεις εκπομπής.

Μονόχρωμος

Ο βαθμός μονοχρωματικότητας της ακτινοβολίας καθορίζει το εύρος συχνοτήτων στο οποίο περιέχεται το κύριο μέρος της ισχύος του εκπομπού. Αυτή η παράμετρος έχει μεγάλη σημασία όταν χρησιμοποιούνται πηγές οπτικής ακτινοβολίας και καθορίζεται εξ ολοκλήρου από τον βαθμό χρονικής συνοχής της ακτινοβολίας.

Στα λέιζερ, όλη η ισχύς της ακτινοβολίας συγκεντρώνεται σε εξαιρετικά στενές φασματικές γραμμές. Το μικρό πλάτος της γραμμής εκπομπής επιτυγχάνεται με τη χρήση οπτικού συντονιστή στο λέιζερ και καθορίζεται κυρίως από τη σταθερότητα της συχνότητας συντονισμού του τελευταίου.

Πόλωση

Σε ορισμένες συσκευές, έναν ορισμένο ρόλο παίζει η πόλωση της ακτινοβολίας, η οποία χαρακτηρίζει τον κυρίαρχο προσανατολισμό του διανύσματος του ηλεκτρικού πεδίου του κύματος.

Οι κοινές πηγές χωρίς λέιζερ χαρακτηρίζονται από χαοτική πόλωση. Η ακτινοβολία λέιζερ είναι κυκλικά ή γραμμικά πολωμένη. Συγκεκριμένα, με γραμμική πόλωση μπορούν να χρησιμοποιηθούν ειδικές συσκευές για την περιστροφή του επιπέδου πόλωσης. Από αυτή την άποψη, θα πρέπει να σημειωθεί ότι για ορισμένα προϊόντα διατροφής ο συντελεστής ανάκλασης εντός της ζώνης απορρόφησης εξαρτάται σημαντικά από την κατεύθυνση του επιπέδου πόλωσης της ακτινοβολίας.

Διάρκεια παλμού. Η χρήση λέιζερ καθιστά επίσης δυνατή τη λήψη ακτινοβολίας με τη μορφή παλμών πολύ μικρής διάρκειας (tp = 10-8-10-9 s). Αυτό συνήθως επιτυγχάνεται με τη διαμόρφωση του παράγοντα Q του αντηχείου, το κλείδωμα λειτουργίας κ.λπ.

Σε άλλους τύπους πηγών ακτινοβολίας, η ελάχιστη διάρκεια παλμού είναι αρκετές τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη, η οποία, συγκεκριμένα, είναι επομένως το πλάτος της φασματικής γραμμής.

Επιδράσεις της ακτινοβολίας λέιζερ σε βιολογικά αντικείμενα

Η ακτινοβολία λέιζερ με υψηλή ενεργειακή πυκνότητα σε συνδυασμό με τη μονοχρωματικότητα και τη συνοχή είναι ένας μοναδικός παράγοντας που επηρεάζει τα βιολογικά αντικείμενα. Η μονοχρωματικότητα καθιστά δυνατή την επιλεκτική επίδραση ορισμένων μοριακών δομών αντικειμένων και η συνοχή και η πόλωση, σε συνδυασμό με υψηλό βαθμό οργάνωσης των ακτινοβολούμενων συστημάτων, καθορίζουν ένα συγκεκριμένο σωρευτικό (συντονισμό) αποτέλεσμα, το οποίο ακόμη και σε σχετικά χαμηλά επίπεδα ακτινοβολίας οδηγεί σε ισχυρή φωτοδιέγερση των διεργασιών στα κύτταρα, στη φωτομεταλλαξιγένεση.

Όταν τα βιολογικά αντικείμενα εκτίθενται σε ακτινοβολία λέιζερ, κάποιοι μοριακοί δεσμοί καταστρέφονται ή συμβαίνει ο δομικός μετασχηματισμός των μορίων και αυτές οι διαδικασίες είναι επιλεκτικές, δηλαδή κάποιοι δεσμοί καταστρέφονται εντελώς από την ακτινοβολία, ενώ άλλοι πρακτικά δεν αλλάζουν. Ένας τέτοιος έντονος χαρακτήρας συντονισμού της αλληλεπίδρασης της ακτινοβολίας λέιζερ με τα μόρια ανοίγει τη δυνατότητα επιλεκτικής κατάλυσης ορισμένων μεταβολικών αντιδράσεων, δηλαδή μεταβολικών αντιδράσεων, ελέγχου φωτός αυτών των αντιδράσεων. Σε αυτή την περίπτωση, η ακτινοβολία λέιζερ παίζει το ρόλο ενός ενζύμου.

Η χρήση τέτοιων ιδιοτήτων πηγών φωτός λέιζερ ανοίγει ευρείες δυνατότητες για την ενίσχυση της βιομηχανικής βιοσύνθεσης.

Η ακτινοβολία ζυμομύκητα με λέιζερ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για στοχευμένη βιοσύνθεση, για παράδειγμα, καροτενοειδών και λιπιδίων, και ευρύτερα, για τη λήψη νέων μεταλλαγμένων στελεχών ζύμης με αλλοιωμένο βιοσυνθετικό προσανατολισμό.

Σε έναν αριθμό βιομηχανιών τροφίμων, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η ικανότητα ελέγχου, χρησιμοποιώντας ακτινοβολία λέιζερ, της αναλογίας δραστικότητας των ενζύμων που διασπούν τα μόρια πρωτεΐνης σε θραύσματα πολυπεπτιδίου και τα υδρολύουν αυτά τα θραύσματα σε αμινοξέα.

Στη βιομηχανική παραγωγή κιτρικού οξέος, η διέγερση με λέιζερ επιτυγχάνει αύξηση της απόδοσης του προϊόντος κατά 60% και ταυτόχρονα μειώνει την περιεκτικότητα σε υποπροϊόντα. Η φωτοδιέγερση της λιπογένεσης με λέιζερ σε μύκητες επιτρέπει την παραγωγή βρώσιμων και τεχνικών λιπών κατά την επεξεργασία μη βρώσιμων πρώτων υλών μανιταριών. Λήφθηκαν επίσης δεδομένα για τη διέγερση με λέιζερ του σχηματισμού αναπαραγωγικών οργάνων σε μύκητες που χρησιμοποιούνται στη μικροβιολογική βιομηχανία.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι, σε αντίθεση με τις συμβατικές πηγές φωτός, το λέιζερ μπορεί να αποστειρώσει τους χυμούς στο ορατό τμήμα του φάσματος, γεγονός που ανοίγει τη δυνατότητα αποστείρωσης με χρήση λέιζερ απευθείας μέσα από το γυαλί της φιάλης.

Ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό της αποστείρωσης με λέιζερ έχει σημειωθεί. Εάν σε χαμηλό επίπεδο ισχύος οι καμπύλες επιβίωσης των μικροβιακών κυττάρων για ακτινοβολία λέιζερ και ακτινοβολία με συμβατική πηγή φωτός πρακτικά συμπίπτουν, τότε όταν η ειδική ισχύς της ακτινοβολίας λέιζερ είναι περίπου 100 kW / cm2, υπάρχει απότομη αύξηση στην αποτελεσματικότητα του αποστειρωτική δράση της ακτινοβολίας λέιζερ, δηλ. για να επιτευχθεί το ίδιο αποτέλεσμα του κυτταρικού θανάτου απαιτεί πολύ λιγότερη ενέργεια από τη χρήση πηγής χαμηλής ισχύος.

Όταν ακτινοβολείται με ασυνάρτητη πηγή φωτός, αυτό το φαινόμενο δεν παρατηρείται. Για παράδειγμα, όταν τα κύτταρα φωτίζονται με έναν ισχυρό παλμό, ένα φλας αρκεί για να χτυπήσει το λέιζερ ρουμπινιού έως και το 50% των κυττάρων, ενώ η ίδια ενέργεια, που απορροφάται για μεγάλο χρονικό διάστημα, όχι μόνο δεν προκαλεί ζημιά. , αλλά οδηγεί και στην εντατικοποίηση των διαδικασιών φωτοσύνθεσης στους μικροοργανισμούς.

Το φαινόμενο που περιγράφεται μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι, υπό κανονικές συνθήκες, τα μόρια που εισέρχονται σε μια φωτοχημική αντίδραση απορροφούν ένα κβάντο φωτός (απορρόφηση ενός φωτονίου), γεγονός που αυξάνει την αντιδραστικότητά τους. Σε υψηλά επίπεδα προσπίπτουσας ακτινοβολίας, η πιθανότητα δύο Η απορρόφηση φωτονίων αυξάνεται, κατά την οποία ένα μόριο απορροφά δύο φωτόνια ταυτόχρονα. Σε αυτή την περίπτωση, η αποτελεσματικότητα των χημικών μετασχηματισμών αυξάνεται απότομα και η δομή των μορίων καταστρέφεται με μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα.

Όταν εκτίθεται σε ισχυρή ακτινοβολία λέιζερ, συμβαίνουν άλλα μη γραμμικά φαινόμενα που δεν παρατηρούνται όταν χρησιμοποιούνται συμβατικές πηγές φωτός. Ένα από αυτά τα αποτελέσματα είναι η μετατροπή μέρους της ισχύος ακτινοβολίας της συχνότητας f σε ακτινοβολία των συχνοτήτων 2f, 3f κ.λπ. (παραγωγή οπτικών αρμονικών). Αυτό το φαινόμενο οφείλεται στις μη γραμμικές ιδιότητες του ακτινοβολούμενου μέσου σε υψηλά επίπεδα ακτινοβολίας.

Δεδομένου ότι είναι γνωστό ότι τα βιολογικά αντικείμενα είναι πιο ευαίσθητα στη δράση της υπεριώδους ακτινοβολίας, το αποτέλεσμα αποστείρωσης των αρμονικών θα είναι πιο αποτελεσματικό. Ταυτόχρονα, εάν ένα αντικείμενο ακτινοβοληθεί απευθείας με μια πηγή υπεριώδους ακτινοβολίας, το μεγαλύτερο μέρος της προσπίπτουσας ισχύος του πομπού θα απορροφηθεί στα επιφανειακά στρώματα. Στην περιγραφόμενη περίπτωση, η υπεριώδης ακτινοβολία δημιουργείται μέσα στο ίδιο το αντικείμενο, γεγονός που οδηγεί στον ογκομετρικό χαρακτήρα του αποστειρωτικού αποτελέσματος. Προφανώς, σε αυτή την περίπτωση, μπορεί να αναμένεται μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα της διαδικασίας αποστείρωσης.

Ο υψηλός βαθμός μονοχρωματικότητας της ακτινοβολίας λέιζερ μπορεί να καταστήσει δυνατή την αποστείρωση ενός τύπου βακτηρίων, ενώ διεγείρει την ανάπτυξη μικροοργανισμών άλλου τύπου σε δυαδικά βακτηριακά συστήματα, δηλαδή να παράγει στοχευμένη «επιλεκτική» αποστείρωση.

Εκτός από αυτούς τους τομείς εφαρμογής, τα λέιζερ χρησιμοποιούνται επίσης για τη μέτρηση διαφόρων ποσοτήτων - φασματοσκοπία, μετατοπίσεις αντικειμένων (μέθοδος παρεμβολής), δονήσεις, ταχύτητες ροής (ανεμόμετρα λέιζερ), ανομοιογένειες σε οπτικά διαφανή μέσα. Με τη βοήθεια λέιζερ, είναι δυνατή η παρακολούθηση της ποιότητας της επιφάνειας, η μελέτη της εξάρτησης των οπτικών ιδιοτήτων μιας δεδομένης ουσίας από εξωτερικούς παράγοντες, η μέτρηση της μόλυνσης του περιβάλλοντος με μικροοργανισμούς κ.λπ.