 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
236
взаимодействия с веществом. Лазеры породили новые технологии с уникальными возможностями.
Для многих лазер – источник необыкновенного света, который может вылечить надвигающуюся
слепоту и на лету поразить движущуюся цель, мгновенно просверлить отверстие в самой твердой
детали, сделанной, например, из алмаза и т. д.
В чем же необыкновенные свойства лазерного излучения, лазерного луча? Во-первых, лазерный
луч распространяется, почти не расширяясь. Напомним: для того чтобы луч прожектора не
расходился, используют большое вогнутое зеркало и систему линз, собирающие свет от источника
в пучок. Это помогает, но мало: уже на расстоянии около километра от прожектора луч становится
раза в два шире. Лазеру же собирающие зеркала и линзы чаще всего не нужны. Он и без них сам
по себе излучает почти параллельный пучок света. Слово «почти» означает, что пучок лазерного
света не совсем параллельный: существует угол расхождения, но он сравнительно мал – около 10
-5
рад, и тем не менее, на больших расстояниях он ощутим: на Луне такой пучок, испущенный с
Земли, даст пятно диаметром примерно 3 км.
Во-вторых, свет лазера обладает исключительной монохроматичностью, т. е. он имеет только
одну длину волны, один цвет. В отличие от обычных источников света, атомы которых излучают
свет независимо друг от друга, в лазерах атомы излучают свет согласованно. Преломляясь в
призме, луч белого света превращается в яркую радугу-спектр, а одноцветный, монохроматичный
свет проходит через нее не разлагаясь. Линза тоже преломляет лучи, собирая их в фокусе. Но
белый свет она фокусирует в радужное пятнышко, а лазерный луч – в крошечную точку, диаметр
которой может составлять сотые и даже тысячные доли миллиметра. Благодаря такому свойству
лазерного луча стала возможной оптическая запись информации с высокой плотностью –
крохотные оптические диски вмещают громадное количество информации – сотни мегабайт.
В-третьих, лазер – самый мощный источник света. В узком интервале спектра кратковременно
(10
-11
с) достигается мощность излучения 10
12
–10
13
Вт с одного квадратного сантиметра, в то
время как мощность излучения Солнца с той же площади равна только 7
.
10³ Вт, причем суммарно
по всему спектру. На узкий интервал, равный ширине спектральной линии лазерного излучения,
приходится у Солнца всего лишь 0,2 Вт/см². Напряженность электрического поля в
электромагнитной волне, излучаемой лазером, составляет 10
10
–10
12
В/см; она превышает
напряженность поля внутри атома.
Названные удивительные свойства лазерного излучения придали свету новое лицо. Еще на заре
развития лазерной техники французский физик Луи де Бройль сказал: «Лазеру уготовано большое
будущее. Трудно предугадать, где и как он будет применяться, но я думаю, что лазер – это целая
техническая эпоха».
В 1960 г. Т. Мейманом (США) был создан первый лазер – рубиновый, работающий в
импульсном режиме. В нем не вся энергия света лампы накачки преобразуется в лазерную
вспышку. Большая ее часть уходит на бесполезный и даже просто вредный нагрев стержня и
зеркального кожуха. Мощные импульсные лазеры охлаждают потоком воздуха, воды, а иногда и
жидким азотом. Частота генерации импульсных лазеров может достигать более 10 млн вспышек в
секунду. Излучение таких лазеров воспринимается как непрерывное. Вспышка импульсного
лазера имеет огромную мощность –
тысячи ватт. Мощность эту можно повысить, увеличив
размеры активного лазерного элемента. А можно позади этого элемента поставить еще один
лазерный стержень с лампой-вспышкой, т. е. еще один лазер, но без зеркал. Импульс света
первого лазера заставит срабатывать второй. Оба световых импульса, сложившись, удваивают
мощность вспышки. Но размеры стержня нельзя увеличивать беспредельно: чем больше стержень,
тем больше потери света в нем. Поэтому стержни даже из лучших материалов нет смысла делать
длиннее 50–60 см. Излучение, сфокусированное в крошечное пятно, можно применять для многих
целей, о некоторых из них рассказано ниже. Но все-таки это короткий световой импульс. Конечно,
им можно пробить отверстие, сварить две металлические проволоки и сделать много других
полезных дел. Но для многих задач гораздо удобнее было бы иметь непрерывное лазерное
излучение, скажем, для сварки или резки. Существует и такое излучение, его дают газовые лазеры.
Газовый лазер был создан почти одновременно с рубиновым, в том же 1960 г. Он работал на смеси
гелия и неона. Современные газовые лазеры работают на многих газах и парах. Все они дают
непрерывное излучение в очень широком диапазоне длин волн: от ультрафиолетового до
инфракрасного света.
Однако на этих достижениях ученые не остановились. Был создан газодинамический лазер,
похожий на реактивный двигатель. В его камере сгорания сжигается угарный газ (окись углерода)