Техника - молодёжи 1961-09, страница 11

(ПЛОТНАЯ ПОСЕРЕБРЕННАЯ ГРАНЬ

Фотонный каскад в ласере. А) атомы кристалла находятся в невозбужденном состоянии (черные точки); Б) «накачка» светом (беспорядочные стрелки) переводит большую часть атомов в возбужденное состояние (белые точки); В) начало каскада. Один из атомов испускает фотон вдоль оси кристалла (фотоны, испускаемые в других направлениях, покидают кристалл); Г) фотон, параллельный оси кристалла, вызывает испускание новых фотонов. Поток нарастает, отражаясь попеременно от посеребренных концов кристалла; Д) интенсивность потока становится достаточной для того, чтобы он смог пройти сквозь полупрозрачную грань кристалла; Е) происходит испускание усиленного светового луча.

готический уровень, даст слабое красное излучение, которое 'В итоге «сбросит» не нижний уровень все атомы кристалла.

Самое замечательное во всем этом то, что переход ионов нв нижний энергетический уровень происходит не самопроизвольно, а лишь под действием попавшего в кристалл красного света; причем все ионы переходят на нижний уровень практически одновременно, как бы по команде. А это, в свою очередь, означает, что все наши передатчики— ионы хрома — будут излучать красный свет согласованно, когерентно. Они представляют собой отряд, ритмично чеканящий шаг, а не беспбрядочно двигающуюся толпу.

Для того чтобы лучше уяснить то, что происходит в кристалле рубина, представьте себе огромную вышку для прыжков в воду, на которую с разных сторон и в разное время взбирается большое число спортсменов (лампа накачки, сообщив ионам дополнительную энергию, переводит их на высокий уровень). Собравшись на какой-то 'промежуточной площадке, спортсмены терпеливо ждут (ионы — на среднем уровне). Но вот в воздух взвилась ракета — сигнал тране-ра (в кристалл «веден слабый луч красного света), и все спортсмены одновременно прыгают в воду (когерентное излучение всех ионов).

Имеются аналогичные квантово-механические приборы, с помощью которых можно усиливать и генерировать электромагнитные колебания других участков спектра, например «масер» (первая буква «м» от слова «микроволны», то есть сантиметровые и миллиметровые радиоволны) или «ираеер» (первые буквы от слова «инфра рэд» — инфракрасные лучи).

Что же дают нем получаемые на выходе Btex этих кванто-во-механических приборов когерентные и монохромные электромагнитные излучения — сват, инфракрасные лучи, миллиметровые радиоволны? Прежде «сего с их помощью можно передавать различные сообщения: например, речь, музыку, телевизионные изображения. Но самое плавное не в этом. Важнее всего, пожалуй, то, что еее эти излучения, и прежде всего свет и инфракрасные лучи, можно концентрировать в очень узкие пучки.

ГИПЕРБОЛОИД! ВОЗМОЖНО...

Обращали ли еы когда-нибудь внимание на антенну радиолокационной станции? Она представляет собой либо большое металлическое зеркало, либо сочетание множества излучателей-вибраторов. Такие антенны нужны для того, чтобы создать как можно более узкий луч радиоволн для поисков нужного объекта. Это даст возможность точно устанавливать его местонахождение. i

Остронаправленное излучение требуется не только в радиолокации. Возьмем, к примеру, космическую радиосвязь. Для того чтобы мощность радиопередатчика, установленного на космическом корабле, не расходовалась на никому не

нужное излучение радиоволн в пространство, их можно направлять на Землю узким лучом. Если нв применять направленных антенн, то на ракетах пришлось бы устанавливать сверхмощные передатчики.

Пучок радиоволн, излучаемый антенной, будет тем з?же, чем больше размеры (точнее, площадь зеркала) антенны по сравнению с длиной /вол'ны. Отсюда следует, что, для того чтобы получить узкий радиолуч, нужно либо строить очень большие антенны, либо применять очень короткие электромагнитные еолны. Совершенно ясно, что особые возможности дает в этом смысле использование видимых инфракрасных лучей. Остронаправленное излучение сравнительно легко получить лишь с помощью квентово-механичеоких приборов, которые деют монохромные и когерентные еолны.

При использовании одного из опытньгх образцов маломощного квантово-механического генераторе с кристаллом рубина был получен очень узкий луч красного света. На расстоянии 40 километров от излучателя он создавал освещенный круг диаметром всего 60 метров! Получить световое пятно таких же размеров с помощью обычного прожектора можно лишь при условии, что диаметр его зеркала будет составлять ISO м!

В другом маломощном квантовочмеханическом генераторе света ученые предполагают получить луч с углом расхождения всего лишь а одну угловую секунду (1/3600 градуса)! Простейшие .расчеты показывают, что если такой луч направить на Луну, то он создаст (конечно, на очень небольшом участке) такую же освещенность, ка1кую создает обычная лампочке, низко .подвешенная над объектом.

Концентрация световых волн е квантоео-межанических генераторах настолько велика, что они создают свечение более яркое, чем солнечный свет. Вели бы мы захотели, чтобы с такой же яркостью светилась нить электрической лампочки, то нам пришлось бы накалить ее до температуры е несколько миллиардов градусов. Такая температура существует лишь внутри раскаленного Солнца.

Все опйсанные в литературе квантово-механические генераторы имеют пока очень небольшую мощность. Ее возможное увеличение и еще большая концентрация излучения дадут возможность создавать пучок световых лучей диаметром в несколько тысячных долей миллиметра и с плотностью мощности около тысячи киловатт на квадратный сентиметр. А это лишь в 100 раз меньше плотности энергии в дуге при электросварке! Как же при этом поведут себя различные вещества и материалы? Вопрос этот требует самого серьезного изучения, но уже сейчас можно сказать, что концентрированные инфракрасные, световые и ультрафиолетовые лучи могут сильно влиять на ход различных химических реакций и на сложные процессы, протекающие в живом организме.

Оправдают ли узкие пучки электромагнитных волн предположение писателей-фантастов: плавить на большом расстоянии камни, резать металл — это покажет будущее. Во всяком случае, уже сейчас всем ясно, что в руки физиков и инженеров поступило новое мощное средство — генераторы и усилители, в которых атомы и молекулы, повинуясь воле . человека, могут создавать узкие пучки когерентного света.. Для сверхдальней космической связи такие приборы просто незаменимы. Можно надеяться, что они в скором времени откроют много других замечательных возможностей, которые сегодня многим еще кажутся фантастикой.

7