Техника - молодёжи 1989-02, страница 18

*

X к

а

г

ю *

о

к и

Лазерную самофокусировку

... откроем сами!

Наука питает сама себя. Смелые идеи приводят к открытиям, из открытий рождаются новые идеи — а значит, и новые открытия. Конечно, процесс этот немыслим без поисков и ошибок. Но часто, когда вникаешь в суть очередного открытия, которое уже прославило своих авторов и вот-вот займет место в учебниках, возникает ощущение, что оно очень просто, появилось чуть ли не само собой, что к нему нельзя было не прийти — настолько естественно и логично вытекает оно из предыдущих достижений науки. Открытие лазерной самофокусировки, за которое группа советских физиков (Г. А. Аскарьяи, В. В. Коробкин, Н. Ф. Пилипецкий, В. И. Таланов, В. Н. Луговой, ▲. П. Сухорукое) была удостоена

Ленинской премии 1988 года, кажется неизбежным следствием появления самих лазеров.

И можно понять журналиста Б. Понкратова, ознакомившегося с работой Аскарьяна: «Стоило разобраться в сути явления,— сказал он,— и, честное слово, стало казаться, что и я бы его предсказал, как это сделал Г. А. Аскарьян в «ЖЭТФ» 1962 года, с чего все и началось...»

Здесь, пожалуй, уместно повторить мысль Л. Н. Толстого: вещь тогда написана хорошо, когда читателю кажется, что он и сам смог бы ее написать. И в этом смысле, наверное, вся настоящая наука «написана хорошо».

Давайте же вслед за лауреатами Ленинской премии повторим открытие...

Гурген АСКАРЬЯН

ОТКРЫТИЕ!

ЭТО ОЧЕНЬ ПРОСТО...

Представим, что мы физики, физики «образца» 1960 года. Говорят, все они были молодцы, зубасты, не боялись авторитетов и научных чинов. Ходит молва, что они запросто, во всеуслышание, критиковали всех и вся, громили и друг друга. И утверждают, что именно по этой причине было очень просто делать открытия.

Итак, год 1960-й. Сделан первый лазер. Поистине революционное достижение. Впервые получен источник когерентного света (нефизикам мы объясним, что когерентным называется источник, излучающий волны строго определенной частоты и с одинаковой фазой, как, например, радиоантенна — это в отличие от Солнца или лампы накаливания). Такой, который может концентрировать в пространстве (в сечении луча) и во времени (в импульсе) огромные удельные да и абсолютные мощности. Причем расходимость (расширение по мере удаления от источника) лазерного луча предельно мала.

Но то, что хорошо, хочется сделать еще лучше. Нельзя ли добиться того, чтобы расходимости вообще не было? Правда, законы физики вроде бы запрещают это: электромагнитный луч подвержен дифракционному расхождению,

угол которого невозможно сделать меньше величины'Vd, где ■А. — длина волны, ad — диаметр излучающей поверхности. И как ни мала длина световых волн, до нуля ее не уменьшить. Дифракция неистребима в принципе!

Но если нельзя избавиться от дифракции, надо попытаться чем-то ее скомпенсировать. Линза не решит проблему: сжавшись, лучи снова начнут расходиться. Нужно, чтобы компенсация работала по всей трассе луча. Что ж, поставить ряд линз или в пределе заполнить весь путь луча средой с более сильным преломлением? Так мы подходим к идее световода.

Однако не забудем, что мы хотим открыть самофокусировку. Значит, необходимо найти условия, при которых сам луч повышает коэффициент преломления среды, сквозь которую проходит. Долго считалось, что не может быть таких условий. Но ведь и лазера в те времена не было. Может быть, его «революционные» свойства помогут добиться того, что оказалось не под силу другим источникам света? Может быть, когда мощность светового пучка велика, изменяются оптические свойства среды? Скажем, возрастает коэффициент преломления? В принципе подобного рода явления возможны. Уже тогда физики хорошо знали о так называемых нелинейных средах. Нефизикам же мы поясним, что это такое, на простом примере. Еще со школы им известно: если силу тока увеличивать, сопротивление проводника оста

нется постоянным — оно определяется только его материалом. Но что будет, если ток продолжать увеличивать? Оказывается, проводник начинает заметно нагреваться, и его сопротивление возрастет. Мы вступаем в область нелинейных явлений.

И действительно, нелинейные эффекты могут наблюдаться и в лазерном пучке. Излучатель большой мощности нагревает среду, и она расширяется (особенно когда жидкая или газообразная — скажем, вода или воздух). При тепловом расширении, естественно, падает плотность, а значит, и коэффициент преломления. Вот незадача, вместо самофокусировки получается саморасфокусировка! Правда, если средой служит плазма, ее разрежение приведет к увеличению показателя преломления. Но это слабое утешение. Плазма в земных условиях — экзотика!

Теперь обратим внимание на стрикционные силы, возникающие при взаимодействии пространственно неоднородного электромагнитного поля (а таково оно в сечении лазерного луча) с частицами среды. Они тянут частицы в сторону большего поля, то есть внутрь луча, если это частицы диэлектрика, и, наоборот, выталкивают их — если это частицы плазмы. Значит, в обоих случаях открывается дорога к желаемому — увеличению показателя преломления среды (ведь он возрастает с уплотнением диэлектриков и разрежением плазмы).

Есть много веществ, в которых

15

\