|
 Som det fremgår av fakta, kan en laserstråle bære nok energi til å kunne utføre kirurgi, bore diamanter og til og med varme mikroskopiske mengder av et stoff til temperaturer på millioner av grader.
Hvor mye energi kan en laserstråle bære? Det avhenger av lasertypen, kraften til kilden som leverer den, samt betingelsene for driften, som bestemmer effektiviteten ved å bruke den tilførte energien.
Og med CW-lasere konverteres inngangsenergien kontinuerlig til energien til strålingen som sendes ut av laseren. Kraften til bjelkene som sendes ut av slike lasere, varierer fra milliwatt til titalls kilowatt (samme mengde som tusen hundre watt pærer avgir i det synlige området). Med disse kilowattstrålene, riktig fokusert, for eksempel av en linse, er det mulig å kutte en centimeter tykk stålplate av skipsskinn med en hastighet på omtrent en centimeter per sekund. Mindre kraftige lasere brukes til andre formål som ikke krever så kraftige lysstråler.
 Den kraftigste laseren som ble sett med egne øyne ved Naval Research Institute of the US Navy i Washington, DC, skulle avgi en stråle på omtrent en megawatt (millioner watt eller tusen kilowatt) i løpet av sekunder. Denne laseren, sammen med ekstrautstyr, okkuperte to ganske store laboratorierom. Det er ingenting spesielt overraskende her, siden kraften til bjelken var lik kraften til omtrent femti motorer i middelklassebiler.
For mange formål er imidlertid til og med megawatt-bjelker svake og krever enda kraftigere bjelker. For eksempel skulle en "lunar" laser sende en stråle med en effekt på flere millioner watt. Lysstrålen etter refleksjon fra månen returnerer til jorden sterkt svekket på grunn av absorpsjon og spredning i jordens atmosfære, spredning på overflaten av månen osv. Følsomheten til utstyret som registrerer det reflekterte lyset ekskluderer muligheten for å bruke tradisjonell jevn de sterkeste lyskildene for å finne månen. En tilstrekkelig intens lysstråle kunne bare produseres av en laser med en effekt på flere megawatt. For å sette i gang en termonukleær reaksjon, kreves en enda sterkere laser - dens kraft bør være i størrelsesorden minst flere millioner megawatt.
Opprettelsen av en så kraftig laser med kontinuerlig bølge er en urealistisk oppgave. En slik laser må ha fremfor alt uhyrlige dimensjoner. Det ville også være en vanskelig oppgave å forsyne en slik koloss med energi, og det ville også være vanskelig å etablere kjøling. Effektiviteten til en laser er vanligvis i området noen få til ti prosent, slik at bare en relativt liten brøkdel av energitilførselen til laseren sendes ut som stråling. Resten forsvinner, og blir til slutt til varme, som må fjernes fra laserinstallasjonen, og utsettes for tilstrekkelig intens kjøling.
En laser som kontinuerlig sendte ut en stråle på en million megawatt, ville forbruke energien som genereres samtidig av flere tusen mellomstore kraftverk. Under driften av en slik laser måtte millioner av forbrukere fratas strømforsyningen. Kanskje dette fortsatt kan avgjøres på en eller annen måte, men hvordan kan en slik gigant avkjøles?
Til tross for at det er behov for slike kraftige lysstråler, er det ikke nødvendig å bygge slike cw-lasere.Poenget er at i alle de applikasjonene der det er behov for ultrastrålende laserstråler, spiller det ingen rolle om laseren vil avgi stråling innen en tusendel eller en milliontedel av et sekund. Ofte er det slik at laserstråling bare er nødvendig i en kort periode. Kort fortalt snakker vi om det faktum at laserstrålen har tid til å forårsake ønsket effekt i det mottatte objektet før det kommer til uønskede prosesser assosiert med energien til laserstråling absorbert av objektet. Hvis du for eksempel, når du bruker en laserstråle for å fjerne sykt vev under en operasjon, varte for lenge, kan sunt vev ved siden av den syke også gjennomgå farlig overoppheting. Hvis kontinuerlig laserstråling brukes til å bore et hull i en diamant i stedet for separate blink, vil diamanten overopphetes, smelte, og som et resultat vil en betydelig del av diamanten fordampe.
 Eksemplene som er gitt indikerer behovet for å bruke så korte laserpulser slik at energien absorbert av det bestrålte objektet ikke har tid til å spre seg på grunn av varmeledningsprosesser. Selvfølgelig er det mange flere slike uønskede og ofte skadelige energispredningsmekanismer. Generelt sett snakker vi om det faktum at laserstrålen har tid til å fullføre oppgaven før de listede faktorene forstyrrer den. Dette er grunnen til at laserpulser i mange enheter må være veldig korte, og uttrykket "veldig kort" betyr noen ganger en nanosekund eller enda kortere tid.
Nå blir det klart for oss, diktert av nødvendigheten, en enkel idé om å spare energi, på grunnlag av hvilket det er mulig å få tak i gigantiske kraftstråler ved et relativt lavt energiforbruk. I stedet for å produsere, si, en joule energi i form av stråling (dette er en veldig liten mengde) i et sekund, eller avgi en stråle på en watt (1 W = 1 J / s), følger den ganske enkelt samme mengde av energi (en joule) avgir raskere som en relativt kort puls. Jo kortere puls, jo høyere stråleeffekt. Hvis for eksempel en stråleutbrudd varer ett millisekund (en mikrosekund, en nanosekund), vil strålen ha en effekt 1000 ganger høyere (relativ).
Åpenbart, med et energibidrag 1000 ganger større (1 kJ i stedet for 1 J), vil det vise seg (i hvert av de ovennevnte tilfellene) at strålen er 1000 ganger kraftigere. Hvis utslippstiden (emisjonstiden) var i størrelsesorden en nanosekund, ville det i dette tilfellet bli oppnådd en stråle med en effekt på en teravatt. Fokusert for eksempel ved hjelp av en linse på overflaten av kroppen til en flekk på ca. 0,1 mm i diameter, vil en slik bjelke gi fokus en ufattelig intensitetsverdi - 10 til den 20. kraften på W / m2! (Til sammenligning er lysintensiteten til en 100 watts lyspære i en avstand på 1 m fra den i størrelsesorden noen tiendedeler av en watt per kvadratmeter.)
Det gjenstår ett spørsmål, tilsynelatende uskyldig ved første øyekast: hvordan redusere laserstrålingstiden ved en gitt total strålenergi? En slik oppgave er et komplekst problem av både fysisk og teknisk karakter. Vi vil ikke gå inn på slike finesser her, for for vår historie er spørsmålet om å motta en kort puls for spesielt. I alle fall er situasjonen i dag som følger: tiden for lysutslipp fra en pulserende laser uten ytterligere enheter som vil tvinge laseren til å avgi lys raskere er i størrelsesorden noen få mikrosekunder (eller en tidel av en tusendels av en sekund).
Bruken av ekstra enheter, hvis drift er basert på noen fysiske fenomener, vil bidra til å redusere denne tiden til verdier i størrelsesorden en pikosekund. Takket være dette er det i dag mulig å oppnå gigantiske laserpulser, hvis maksimale kraft til og med kan nå flere hundre teravatt.Selvfølgelig er slike kraftige bjelker bare nødvendig i spesielle enheter (for eksempel for å initiere en termonukleær reaksjon). I mange andre tilfeller brukes pulser med mye lavere effekt.
La oss nå stille et viktig spørsmål: er det mulig å få så intense lysstråler billigere og enklere, nemlig ved hjelp av tradisjonelle kraftige lamper? Dette refererer til både lamper som fungerer i kontinuerlig modus (for eksempel lamper fra flyreflektorer eller filmkameraer), og blitzlamper (for eksempel lommelykter som brukes i fotografering).
Svaret avhenger av hva slags bjelker vi ønsker å få, eller, med andre ord, hvilken kraft og hva slags avvik vi snakker om. Hvis vi er likegyldige med strålens avvik, er tradisjonelle lamper i stand til å konkurrere med lasere bare opp til en viss grense. Denne grensen ligger uansett godt under ett terawatt. Over dette nivået har laseren ingen konkurrenter.
Selvfølgelig, jo mindre divergerende og kraftigere stråler vi ønsker å oppnå, jo lavere vil grensen ligge, over hvilken vi må forlate tradisjonelle lyskilder og vende oss til lasere. Som allerede nevnt, ville klassiske lyskilder ikke være i stand til å oppfylle de høye nøyaktighetskravene som ble pålagt en lyskilde når de måler avstanden fra jorden til månen. I dette eksperimentet måtte det brukes en pulserende laser.
Gavrilova N.V.
|
