Техника - молодёжи 1972-02, страница 17

Журнал продолжает публикацию материалов под рубрикой «Биография открытия». Академики М. Лаврентьев и П. Ребиндер уже рассказали о том, как много значит внимательное отношение ученого к экспериментальным данным, которые сначала кажутся малоинтересными и как будто несущественными (см. статьи в № 7 и № 11 за 1971 год). На самом деле даже слабый, но неожиданный эффект нередко становится «точкой роста» совершенно нового направления в науке. А уж оно не преминет впрячь в колесницу человеческой практики и новые могучие силы природы. Именно такой путь прошла молодая еще ветвь исследований — нелинейная оптика. Об этом пути рассказывает

член-корреспондент АН СССР, лауреат Ленинской премии Рем Викторович ХОХЛОВ

ЧУДЕСА НЕЛИНЕЙНОЙ ОПТИКИ

К каким только хитростям яе прибегали ученые, чтобы постичь свойства световых лучей! Французский философ, физик и математик Ренэ Декарт на дне бычьего глазного яблока наблюдал перевернутое изображение окружающих предметов. В своей «Диоптрике» (1637 г.) ученый обсуждал проблему взаимодействия света с веществом. Вот его мнение: «Как два потока виноградного сусла вытекают, не мешая друг другу, из двух отверстий в дне чана, полного винограда, так и потоки тонкой материи, исходящей от Солнца к нашим глазам, не возмущают друг друга и не возмущаются обычной материей». На языке современной физики это означает: частота колебаний в световой волне остается неизменной, а луч не оказывает воздействия на вещество.

До недавнего времени так оно и было в любом оптическом эксперименте. Но появились лазеры, и все изменилось. Их лучи меняют степень прозрачности вещества и сами испытывают изменения.

Мощная световая волна ( X — длина волны) попадает в резонатор — систему из двух параллельных зеркал и кристалла между ними. Возникают два новых луча.

Частоту света можно удвоить (или, соответственно, вдвое уменьшить длину волны), если сквозь кристалл пропустить луч рубинового лазера. Из ярко-красного луч станет невидимым, ультрафиолетовым.

Семейство лазеров плюс кристаллы — вот средства, при помощи которых уже сегодня можно получить любое мощное излучение в пределах видимого спектра. А в жидкости пучок можно сделать или расходящимся, или сжатым в тонкую нить — в зависимости от мощности лазера. Как сказал бы Декарт, обычная материя возмущает свет!

Великий инженер и ученый древности Архимед сумел, как гласит предание, поджечь корабли противника, направив на них сконцентрированные солнечные лучи. Не будем тревожить себя вопросом, насколько правдоподобна легенда. Подумаем о другом: какую мощность могло дать Архимедово устройство?

Лупа в руках мальчугана, прожигающего лист бумаги, — это средство получить один или несколько ватт мощности. Примерно такими энергетическими ресурсами мог располагать и Архимед. Его нынешние последователи — я имею в виду современных физиков, работающих со световым лучом, — на 1 кв. см концентрируют мощность более 100 тыс. квт, причем температура светового пятна достигает 100 млн. градусов.

Речь идет, как вы догадались, о луче лазера. Устройство прибора несложно. Кристаллический стержень (например, рубиновый) помещен внутри мощной спиральной лампы. Торцы стержня посеребрены. Под действием световых импульсов электроны в атомах рубина приходят в колебательное движение, пока рожденный ими луч не прорывается через узкое окошко в одном из посеребренных торцов кристалла. Ограничусь схематическим описанием процесса. Читатели журнала с ним уже знакомились, так же как и с устройством газовых и жидкост

ных лазеров (см. статьи в № 4 за 1963 год и в N2 1 за 1965 год).

Возвращаясь к возможностям современной оптики, приведу один расчет, сделанный французским физиком Морисом Намиасом. Чтобы расплавить стальную болванку весом 40 кг, надо 13,4 квт-ч энергии. Имея мощность 804 квт, той же цели можно достичь за минуту. Пусть расстояние между источником света и стальным предметом составляет 5 км, а площадь самого предмета равна 1,5 м². Лазер, развивающий мощность 80 400 квт, расплавит болванку.

Возможности, как видим, внушительные. Тонок пучок света, но перед ним не устоит и алмаз: луч просверливает его за доли секунды. Если вы побывали на Выставке достижений народного хозяйства СССР, то, вероятно, храните сувениры — монеты, пробитые лучом лазера. Все это ощутимые результаты мощного воздействия света на вещество. Но у тех, кто занимается оптикой, есть своя, особая точка зрения на подобные эффекты. Оптик задается вопросом: «А какие изменения происходят с самими световыми волнами?»

Солнечные лучи пронизывают толщу воздуха, оконное стекло, хрусталик глаза, наконец. При переходе из одной среды в другую лучи преломляются, поглощаются, рассеиваются, но частота колебаний в световой волне (а значит, и форма волны) остается неизменной. Математиче

13