Библиотека по физике Библиотека по физике
Новости    Библиотека    Энциклопедия    Биографии    Ссылки    Карта сайта    О сайте


17.04.2015

Что из себя представляют 'марши фотонов' – лазеры

Идея создать световой луч огромной энергии появилась очень давно. Как гласит известная легенда, еще в III в. до н. э. защитники греческого города Сиракузы сожгли флот римлян, фокусируя при помощи зеркал солнечные лучи на просмоленных бортах галер.

Античность. По легенде, Архимед сжег флот римлян лучами Солнца
Античность. По легенде, Архимед сжег флот римлян лучами Солнца

Через пару тысяч лет, в 1930-х годах, гениальный и непредсказуемый Никола Тесла заявил, что создал лучевое "супероружие, которое положит конец войне". Дошло ли дело до действующей установки, так до сих пор и не ясно. Впрочем, в эти годы уже полным ходом разрабатывалась теоретическая база для создания устройств, которые сегодня мы называем лазерами. В это же время (1927 г.) появляется роман Алексея Толстого "Гиперболоид инженера Гарина" — его можно считать своего рода подготовкой общества к восприятию новой технологии. А после Второй мировой фантастические мечты и вполне обоснованные идеи воплотились в "железо".

В кино лазер приминяется очень зрелищно. А в жизни - иногда почти незаметно для глаза
В кино лазер приминяется очень зрелищно. А в жизни - иногда почти незаметно для глаза

Из толпы — в строй

Кратко описать принципы работы лазерной установки невозможно — ведь для этого нужно писать об оптических резонаторах, энергиях накачки и рабочих телах. Но попытаемся хотя бы изложить задачу, которую она решает.

Для начала представьте себе электрическую лампочку и фонарик, в котором первая объединена с рефлектором. Частицы электромагнитного излучения (их называют фотонами, и они проявляют свойства частицы и волны одновременно) ведут себя как толпа, в которой все движутся в самых разных направлениях. Более того, все "участники толпы" представляют собой разные расы рода человеческого. Применительно к электромагнитному излучению это означает, что лампа излучает волны самой разной частоты. Применение рефлектора позволяет направить нашу толпу фотонов примерно в одном направлении. Все начинает выглядеть как тротуар на улице с односторонним движением. А всевозможные ухищрения (в самом простом случае — покрасить колбу лампы в какой-то определенный цвет) позволяет получить более-менее однородную толпу. То есть в излучении начинает преобладать одна длина волны.

Наконец, даже если мы уже направили эту толпу в одном направлении, до вполне определенного пункта дойдет далеко не каждый. Участники будут стараться улизнуть в разные стороны, толпа станет рассеиваться.

Так вот, устройство, которое называется лазером, выполняет следующую задачу: оно организует порцию фотонов, полученных из какого-то источника. Это уже не толпа, а колонна, идущая в ногу, не отклоняющаяся ни на шаг в сторону и состоящая из однотипных участников (т. е. фотонов одной длины волны). Так, весьма примерно, можно представить формирование "когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного" потока излучения.

Наше время. Лазерная установка генерирует лучи огромной энергии
Наше время. Лазерная установка генерирует лучи огромной энергии

Полезное изобретение: на все руки мастер

История изобретения только перешагнула возраст в полвека, но представить цивилизацию без лазера уже невозможно. Ученые считают, что эти устройства совершили такой же переворот, как и широкое внедрение электричества в конце XIX в. В промышленности и науке это — обработка материалов (сварка, резка, изменение свойств поверхности) и всевозможные измерения (дальномеры, изучение состава веществ и т.д.). В медицине — бескровная хирургия, стоматология, коррекция зрения, косметологические операции (удаление волос и татуировок). В области коммуникаций не обойтись без оптико-волоконных систем. В последнее время все больше надежд возлагают на использование лазера в установках термоядерного синтеза.

В шоу-бизнесе широко применяются лазерные световые эффекты. Иногда они бывают совершенно неожиданными. Так, композитор Жан-Мишель Жарр на концертах использует "лазерную арфу", состоящую из нескольких лучей, которые нужно "перебирать" руками, как струны. Наконец, в быту лазеры считывают и записывают компакт-диски, разбираются со штрихкодами, печатают бумаги в принтерах и служат игрушками и указками.

Как работает лазер
Как работает лазер

Глаза разбегаются

В зависимости от конструкции лазерная установка может генерировать самые разнообразные лучи. Первый лазер (впрочем, этого слова тогда еще не было и говорили лишь о квантовом генераторе) на молекулах аммиака "выдавал на-гора" поток излучения сантиметрового диапазона. В 1960 г. заработал квантовый генератор в оптическом диапазоне. Иными словами, луч можно было уже видеть. В нем применялся кристалл рубина. А дальше процесс появления новых лазеров развивался лавинообразно. Сегодня лазерные стержни делают из рубина, граната, стекла с примесями редких металлов. Кроме того, распространены газовые лазеры (в том числе эксимерные, применяющиеся в глазной хирургии).

Наконец, упомянем о жидкостных лазерах, в которых используются, например, органические красители, а также полупроводниковые — на основе веществ с особыми электрическими свойствами.

Луч в камуфляже

Война стала областью, где лазеры мгновенно нашли применение. Невозможно представить армию без лазерных прицелов и систем наведения.

Увы, неразумное человечество упорно желает заполучить именно "лучи смерти", которые способны прожигать дыры в любой броне. И работы в этом направлении начались немедленно после того, как заработали первые лабораторные установки.

СССР. В 1970—1980-х годах появились наземные комплексы Х2-М, Б-1 и авиакомплекс "Ладога". В 1984 г. впервые лазерным лучом была сбита авиамишень. Также были созданы мощные комплексы для уничтожения оптико-электронных систем наблюдения ("Стилет", "Сжатие"), создавались устройства для использования в космосе. В 1984 г. произвели лазерный пистолет несмертельного действия для самообороны космонавтов. Поражающее действие заключалось в выведении из строя оптических систем и глаз человека. Важным преимуществом по сравнению с обычным пистолетом в условиях невесомости было отсутствие отдачи.

КНР. Китайцы не имеют привычки пиарить военные разработки. Поэтому данных крайне мало. Известно лишь о существовании установки, способной эффективно уничтожать беспилотники на высоте до 500 м.

США. Проводятся не только разработки, но и испытания комплексов воздушного и наземного базирования. Наиболее разрекламированный — летающий лазер на "Боинге-747", предназначенный для уничтожения баллистических ракет еще на старте. Впрочем, в 2011 г. программу закрыли из-за сокращения бюджета. В 2013 г. ВМС заявили о планах оснащения боевых кораблей лазерами, способными сбивать беспилотники. В конце прошлого года первый из них установили на боевом корабле, патрулирующем Персидский залив. Называть такой лазер полноценным оружием еще рано: он предназначен для испытаний и оценки эффективности.

Китай. Установка может эффективно бороться с беспилотниками
Китай. Установка может эффективно бороться с беспилотниками

США. Похожими лазерами сейчас вооружаются военные корабли
США. Похожими лазерами сейчас вооружаются военные корабли


Источники:

  1. segodnya.ua




Пользовательского поиска




Физики превратили непроводящий полимер в полупроводник силой звука

Десять невозможных вещей, ставших возможными благодаря современной физике

Физики нашли возможную брешь в Стандартной модели

Ученые объяснили звуки метеоров

Теория эмерджентности: что такое реальность?

Ученые математически доказали недостижимость абсолютного нуля температуры

Четыре крупнейших ошибки в научной жизни Эйнштейна






© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2017
При копировании материалов проекта обязательно ставить ссылку на страницу источник:
http://physiclib.ru/ 'PhysicLib.ru: Библиотека по физике'

Рейтинг@Mail.ru