Cuvântul "laser" este alcătuit din primele litere ale expresiei engleze "Amplificarea luminii prin emisia stimulată de radiație", care în limba rusă înseamnă: amplificarea luminii prin emisie stimulată.
Să facem un astfel de laser.
Luăm o tijă sau o placă fabricată dintr-un material din care dorim să obținem radiații. Materialul trebuie să fie transparent, astfel încât să poată pătrunde lumina. Cele mai frecvente materiale pentru tije sunt cristalele de rubin sau granat (sau sticla, în care se adaugă o mică cantitate de element rar de neodim). Rodurile sunt de obicei de 6-20 mm în diametru și 10-60 cm lungime. Laserul în sine este adesea denumit materialul de bază. Deci, expresia "laser rubin" nu înseamnă că întregul dispozitiv este fabricat din această bijuterie. Doar înăuntru este un cristal al unui rubin artificial, de dimensiunea unui creion.
Alături de tija se introduce un iluminator, se numește o lampă de pompare. Lampa va fi pulsată, ca și becurile folosite de fotografi, - toate procesele din atomi trec în milioane de secunde, deci de mult timp nu are sens. Lampa pompei împreună cu tija este înconjurată de un reflector, astfel încât nici un singur cuantum de lumină de pompare nu se pierde în zadar. În apropierea capetelor tijei de lucru, stabilim două oglinzi: în spatele - o oglindă plictisitoare, care reflectă toată lumina care apare pe ea, în față - translucidă. Oglinzile sunt instalate strict paralele între ele și perpendiculare pe axa tijei. Laserul este gata. Conectați firele la lampă de la sursa de alimentare prin intermediul butonului de închidere și apăsați-l. Lampa fulgeră. Acum, să încercăm să aflăm ce se întâmplă în laser.
Deci, lampa fulgeră. Curgerea energiei luminoase a lovit tija. Atomii lui se transformă repede într-o stare excitată. Cu fiecare moment al unor astfel de atomi excitați devine din ce în ce mai mult. Dar, de foarte mult timp, într-o stare emoționată, ei nu trăiesc, în medie, doar o sută de milion de secundă, și apoi intră într-o stare normală, necondiționată. Figura de mai jos arată cum un atom emite un cuantum de lumină, urmat de un altul, o treime. Dar aceste cuantite zboara aproape de tijă. Prin urmare, forțându-se pe calea de a radia în aceeași direcție câțiva atomi, o părăsesc repede. Și lampa arde și atomii care emite lumină din nou sunt excitați. Dar, destul de întâmplător, mai mulți atomi au eliberat quanta de-a lungul axei tijei. După fiecare coliziune cu atomi, numărul de quanta dublează, fluxul de radiații se mișcă de-a lungul tijei și crește ca o avalanșă. Reflectând în oglinzi, radiația în mod repetat străpunge tijă, forțând toți atomii, fără o excepție, să-și transporte partea lor de energie în fluxul total de lumină. Prin această oglindă translucidă de ferestre, această lumină izbucnește spre exterior. Outbreak! Durata sa este de aproximativ o milionime de secundă. Iar lampa arde și după trei milioane de secunde totul se repetă. Și din nou și din nou, până când luminozitatea lămpii cu blitz deja diminuată devine suficient de mică pentru a susține generarea. Lampa de pompare arde cam o mie de secundă, un sfert din acest timp se aprinde, se arde în același timp. Dar, de asemenea, pentru timpul rămas, laserul reușește să producă două sute de mișcări, îmbinate într-un singur impuls de lumină cu o durată de câteva zeci de mii de secundă. Imaginea rapidă arată că arată ca un pieptene și constă în multe vârfuri scurte - bufe luminoase separate. Prin urmare, acest mod de operare al laserului se numește spike. sau modul de funcționare liberă.
Acesta este modul în care primul laser, construit pe un cristal rubinic în 1960, a fost făcut și lucrat.
Dar nu toată energia becului pompei este transformată într-o bliț cu laser. Majoritatea - din păcate! - merge la încălzirea inutilă și chiar pur dăunătoare a tijei și oglinzii. Lăzile cu impulsuri puternice sunt răcite de un curent de aer, apă și, uneori, azot lichid. Frecvența repetării impulsurilor depinde și de cât de bine tija laser poate rezista temperaturilor ridicate. Razele de neodiziu și rubin dau una sau două lumini pe secundă, un laser pe o grenadă - câteva sute. Frecvența de generare a înregistrărilor pentru un laser cu impulsuri este de 12 milioane de clipuri pe secundă. Radiația unor astfel de lasere este percepută ca fiind continuă.
Deci, ce se întâmplă, întrebi? Momentul luminii lămpii a fost pur și simplu transformat într-un puls de lumină laser, chiar și cu pierderi. A meritat să plantezi o grădină?
A meritat. Lumina, obținută cu astfel de dificultăți, are o mulțime de proprietăți neobișnuite.
- Mai întâi, fasciculul său merge, aproape că nu se extinde. Pentru a vă asigura că fasciculul lămpii nu se dispersează, utilizați o oglindă concavă mare și un sistem complex de lentile care colectează lumina de la lampă în fascicul. Ajută, dar nu este suficient: deja la o distanță de un kilometru de lumina reflectoarelor, fasciculul devine de două ori mai lat. Laserul nu are nevoie de oglinzi și lentile. El, fără ele însele, emite un fascicul de lumină aproape paralel, deoarece numai acele quante care merg de-a lungul axei tijei participă la radiație.
- În al doilea rând, lumina emisă de laser este monocromatică, are o singură lungime de undă, o singură culoare. Lumina albă, care constă dintr-un amestec de mai multe lungimi de undă, care trece prin părțile optice - lentile și prisme - se poate descompune în culori simple; toată lumea vedea un curcubeu pe cer sau pe perete, când lumina soarelui se descompunea în picături de apă sau în prisme. Cu un fascicul laser acest lucru nu se va întâmpla, deci poate fi focalizat într-un punct cu un diametru de 0,01 mm.
- În al treilea rând, deși laserul folosește o mică parte din energia pompată în el, puterea blițului său poate fi foarte, foarte ridicată: sute și mii de wați. Acest lucru se datorează faptului că puterea blițului este egală cu energia sa, împărțită la durata sa - miimi de secundă.
Puterea motorului electric, a motorului cu aburi, a încălzitorului, a fluxului de radiație și, în general, a oricărei puteri este măsurată în wați (W, în literatura engleză - W)
Se va menționa adesea puterea radiației laser, măsurată și în wați, kilowați și megawați. Pentru a nu face aceste concepte să fie un sunet gol, încercați să vă imaginați ce este un kilowatt și cât de mare este un megawatt.
Energia kilowatt poate încălzi până la fierbere o lingură de apă într-o secundă. Un încălzitor cu o capacitate de 400 kilowați va fierbe un litru de apă în același timp, iar o sursă de energie de 1 megawatt va produce 2,5 litri de apă clocotită în fiecare secundă.
Amintiți-vă cât timp fierbătorul se fierbe pe oală, puteți face o idee despre ce puteri sunt ascunse în fasciculul laser.
Soarele, având o temperatură de 6000 de grade, emite la o lungime de undă puterea în sutimi de un watt (de ce - vezi aici). Un laser - până la o mie de wați. Se pune întrebarea: la ce temperatură ar fi necesar să se încălzească substanța astfel încât să strălucească la fel de mult ca un laser? Răspunsul este uluitor. Laserul emite lumină de aceeași luminozitate ca și corpul, încălzită la o temperatură de câteva miliarde de grade! El însuși rămâne frig în același timp. În orice caz, cele 100-200 de grade, pe care se poate încălzi, nu sunt nimic în comparație cu temperatura pe care nici o substanță din lume nu o poate rezista.
Asta e un laser cu impulsuri. Blițul său are o putere imensă - mii de wați. Această putere poate fi mărită prin mărirea dimensiunii întregului laser. Și poți pune în fața lui un alt laser, dar fără oglinzi. Pulsul luminii de la primul laser va face ca al doilea laser să funcționeze. Ambele impulsuri luminoase, care au format, dublează energia blițului.
Problema este însă că, pe măsură ce lungimea tijei crește, durata pulsului crește și până când toți atomii din tija lungă emit canta, timpul va trece. În plus, dimensiunile tijei nu pot fi crescute infinit: cu cât tija este mai mare, cu atât este mai mare pierderea de lumină în ea. Energia suplimentară, obținută cu astfel de dificultăți prin radiația unei noi secțiuni a tijei, este complet pierdută datorită absorbției de lumină de către aceeași secțiune. Prin urmare, chiar și din cele mai bune materiale, tijele nu au sens să facă mai mult de 50 - 60 cm, acest lucru nu va da aproape nimic, în afară de o creștere notabilă a costurilor părților cu laser. Și ele sunt deja ieftine. Prin urmare, această cale nu ne poate da o creștere mare a puterii radiațiilor. Dar rămâne un altul: ce ar fi dacă scurtăm timpul focarului, conducem toată energia în sute, de mii de ori mai puțin timp? Atunci puterea sa va crește cu aceeași sumă! Acesta va fi apoi măsurat cu megawați. Va fi literalmente un impuls gigantic.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: