Техника - молодёжи 1972-02, страница 18
ское следствие этого факта — линейность уравнений, характеризующих взаимодействие света с веществом. Сколько поколений школьников учили про «угол падения, который равен углу отражения»! Величины, фигурирующие в столь популярном законе, связаны между собой формулой, прямо пропорциональной зависимости. Ее графическое изображение — прямая линия. Отсюда и термины: «линейное уравнение», «линейная оптика». Ускорение, пропорциональное силе, напряжение, равное произведению силы тока на сопротивление, — хорошо известные примеры линейных уравнений в физике. Они наиболее просты, и часто, ссылаясь на них, говорят о «мудрости, проявленной природой». Но у физиков своя мудрость и свои стремления. С появлением лазеров они смогли пустить луч, для которого угол падения уже не равен углу отражения. Или луч, который изменяет свой цвет, пройдя через вещество, Попробуйте-ка выразить подобные процессы на языке линейных уравнений. Не выйдет! Кто-нибудь мне возразит, что, мол, ничего удивительного в том нет, специалистам по радиотехнике, аэродинамике, теории колебаний давно знакомы и нелинейные уравнения. Верно. Удивляться надо другому: как оптика до середины нашего столе тия сумела сохранить свою патриархальную простоту. Ныне не устоял и этот, последний оплот. Правда, само понятие «нелинейная оптика» фигурировало уже в 20-х годах. Его ввел в научный обиход проницательнейший физик Сергей Иванович Вавилов. Поводом послужило одно неожиданное явление, которое ученый и его сотрудник В. Левшин обнаружили в 1926 году. Интенсивность света, пропущенного через ураниловое стекло, слегка увеличивалась. Вавилов увидел в том росток совершенно новой ветви физической науки. Предвидение оказалось пророческим: теперь нелинейная оптика и открытые ею удивительные явления приобрели прямо-таки исключительную популярность. В руках Вавилова не было мощных источников света, а без них нельзя было реализовать составленную ученым программу исследований по новым эффектам взаимодействия луча с веществом. Теперь такие источники есть. И результаты не замедлили появиться. Оказалось, например, что одни вещества, обычно прозрачные, при большой концентрации энергии начинают сильно ее поглощать и на глазах превращаются в малопрозрачные тела. Другие вещества ведут себя противоположно — они просветляются. При всем многообразии нелиней ных оптических эффектов вызваны они, по сути дела, одним физическим процессом. Любая прозрачная среда под действием попавшего в нее света начинает излучать свои собственные колебания. Электроны вещества возбуждаются и переизлучают полученную энергию. Если колебания электронов происходят в такт пришедшей волне, частота сигнала сохраняется. Так бывает, когда энергия волны сравнительно невелика. Но при очень сильных сигналах электроны занимаются «творчеством» — порождают свое собственное излучение, уже иной интенсивности или иной частоты. А поскольку именно с частотой связано цветовое «одеяние» света, то, скажем, красный луч может превратиться в ультрафиолетовый или даже белый. Ничего подобного долазерная оптика не знала. Не надо думать, что новое цветовое платье одевает весь свет. Сначала метаморфозу претерпевает лишь крохотная его часть. Но если лучи погонять в кристалле подольше, можно их «переодеть» практически все. Или еще одно, с точки зрения традиционной оптики, необычное явление — самовоздействие световой волны. Лазерный луч нагревает кристалл и даже сообщает ему ощутимый механический импульс. Давление ЛАУРЕАТЫ ПРЕМИИ ЛЕНИНСКОГО КОМСОМОЛА ТРИЖДЫ САМОФОКУСИРОВКА, или одно увлечение четырех физиков Б. СМАГИН Четверо в одной комнате. Если говорить точнее, не совсем так. Рядом есть еще проходное помещение, куда вынесена мишень экспериментальной установки. Но эта комната — главная, здесь работают научные сотрудники Физического института имени П. Лебедева АН СССР Владлен Коробкин, Михаил Щелев, Александр Малютин и Ренэ Серов. У них одна и пламенная страсть — лазерное излучение. «Ну и что? — скажет иной любитель научных сенсаций. — Ныне лазеры — будни науки, нива кропотливого труда. Период романтики, впервые обнаруженных удивительных эффектов давно прошел». Не будем спорить. Проведем нашего скептика в ту самую комнату, где «священнодействуют» четверо молодых физиков. Здесь ахнет любитель самых потрясающих сенсаций. Ему покажут световой луч, распавшийся на куски, превратившийся в зримое подобие сигналов Морзе: точка, тире, точка, точка, снова тире... На соседней установке голубоватая световая шпага вонзается в жидкость, суживается в ней до тонкой нити, оставляя на фотопленке яркие причудливые следы. Наконец, третья установка, где круговой путь лазерной вспышки отмечен хитроумными устройствами, выделяющими одиночные нмпульсы-малютки. Во всех этих превращениях проявляется один, до недавней поры действительно экзотический эффект, когда мощный луч, изменяя оптические свойства среды, создает в ней своеобразную линзу, которая его и фокусирует. По сути дела, этот эффект присутствует в той или иной степени во всех работах четырех физиков. Во-первых, из-за самофокусировки луч может разрушить сам лазер. А во-вторых, световые пучкн, даже не столь сильные, способны сужаться, стягиваться в нить, что тоже не сулит ничего хорошего. Раньше смысл самофокусировки видели в появлении тонких нитей, благополучно пронизывающих вещество. Предполагали даже таким путем транспортировать энергию. Но после работ Коробкина, Ще-лева, Малютина и Серова надежду пришлось оставить: они доказали, что фокусы не стоят на месте, а бегут сначала вместе с лучом, а потом — в обратную сторону. Происходят потери, н мало-помалу почти вся энергия рассеивается в среде. Это одна сторона медали. Но есть и другая. Как возникает электрический пробой, когда на пути лазерного луча вдруг вспыхивает яркая искра? Оказывается, и тут не обошлось без самофокусировки. Искра появляется в точках, где до предела суживается ла- 14 |
