|
 Ako dokazujú fakty, laserový lúč môže niesť dostatok energie na to, aby bol schopný vykonať chirurgický zákrok, vyvŕtať diamanty a dokonca zahriať mikroskopické množstvo látky na teploty miliónov stupňov.
Koľko energie unesie laserový lúč? Závisí to od typu laseru, výkonu zdroja, ktorý ho dodáva, ako aj od podmienok jeho činnosti, ktoré určujú efektívnosť použitia dodávanej energie.
A pomocou CW laserov sa vstupná energia nepretržite mení na energiu žiarenia emitovaného laserom. Sila lúčov vyžarovaných takýmito lasermi sa pohybuje od miliwattov po desiatky kilowattov (rovnaké množstvo ako tisíc stotisícwattové žiarovky vyžarujú vo viditeľnom rozsahu). Pomocou týchto kilowattových lúčov svetla, ktoré sú správne zaostrené, napríklad pomocou šošovky, je možné rezať oceľový plech hrúbky centimetra z kože lode rýchlosťou asi jeden centimeter za sekundu. Menej výkonné lasery sa používajú na iné účely, ktoré nevyžadujú také silné svetelné lúče.
 Najvýkonnejší laser, ktorý bol na vlastné oči videný v Námornom výskumnom ústave vo Washingtone, mal počas pár sekúnd vyžarovať lúč približne jeden megawatt (milión wattov alebo tisíc kilowattov). Tento laser spolu s pomocnými zariadeniami zaberal dve pomerne veľké laboratórne miestnosti. Nie je tu nič zvláštne prekvapujúce, pretože sila jeho lúča sa rovnala sile asi päťdesiatich motorov osobných automobilov strednej triedy.
Na mnohé účely sú však aj megawattové lúče slabé a vyžadujú ešte výkonnejšie lúče. Napríklad „lunárny“ laser mal vysielať lúč s výkonom niekoľko miliónov wattov. Svetelný lúč po odraze od Mesiaca sa vracia na Zem veľmi oslabený v dôsledku absorpcie a rozptylu v zemskej atmosfére, rozptylu na povrchu Mesiaca atď. Citlivosť zariadenia zaznamenávajúceho odrazené svetlo vylučuje možnosť použitia aj najsilnejšie tradičné zdroje svetla pre umiestnenie Mesiaca. Dostatočne intenzívny lúč svetla mohol vyprodukovať iba laser s výkonom niekoľko megawattov. Na zahájenie termonukleárnej reakcie je potrebný ešte silnejší laser - jeho výkon by mal byť rádovo najmenej niekoľko miliónov megawattov.
Vytvorenie tak výkonného laseru s kontinuálnymi vlnami je nereálna úloha. Takýto laser by musel mať predovšetkým obludné rozmery. Rovnako by bola náročná úloha dodať takémuto kolosu energiu a tiež by bolo ťažké zaviesť chladenie. Účinnosť laseru je zvyčajne v rozmedzí od niekoľkých do desiatich percent, takže ako žiarenie je emitovaný iba relatívne malý zlomok energie dodanej laseru. Zvyšok sa rozptýli a nakoniec sa zmení na teplo, ktoré sa musí odstrániť z laserovej inštalácie a podrobiť ju dostatočne intenzívnemu ochladeniu.
Laser, ktorý nepretržite vysielalo lúč milión megawattov, by spotreboval energiu generovanú súčasne niekoľkými tisíckami stredne veľkých elektrární. Počas prevádzky takého laseru by museli byť milióny zákazníkov zbavené napájania. Možno by sa to dalo ešte nejako urovnať, ale ako sa dá taký obor ochladiť?
Avšak napriek tomu, že sú potrebné také silné svetelné lúče, nie je potrebné stavať také cw lasery.Jedná sa o to, že vo všetkých aplikáciách, kde sú potrebné laserové lúče s veľmi vysokým výkonom, nezáleží na tom, či bude laser emitovať žiarenie do jednej tisíciny alebo jednej milióntiny sekundy. Najčastejšie sa stáva, že laserové žiarenie je potrebné iba na krátku dobu. Stručne povedané, hovoríme o skutočnosti, že laserový lúč má čas spôsobiť požadovaný efekt v prijatom objekte skôr, ako dôjde k nežiaducim procesom spojeným s energiou laserového žiarenia absorbovaného objektom. Ak napríklad pri použití laserového lúča na odstránenie chorého tkaniva počas operácie záblesky trvali príliš dlho, mohlo by sa tiež nebezpečne prehriať zdravé tkanivo susediace s chorým. Ak sa na vyvŕtanie otvoru v diamantu použije nepretržité laserové žiarenie namiesto jednotlivých zábleskov, diamant sa prehreje, roztaví sa a vďaka tomu sa významná časť diamantu odparí.
 Uvedené príklady naznačujú potrebu použitia takých krátkych laserových impulzov, aby energia absorbovaná ožarovaným predmetom nemala čas na rozptýlenie v dôsledku procesov vedenia tepla. Samozrejme, takýchto nežiaducich a často škodlivých mechanizmov rozptylu energie je oveľa viac. Vo všeobecnom prípade hovoríme o skutočnosti, že laserový lúč mal čas na dokončenie svojej úlohy skôr, ako doň zasiahli vyššie uvedené faktory. To je dôvod, prečo v mnohých zariadeniach musia byť laserové impulzy veľmi krátke, pričom výraz „veľmi krátky“ niekedy znamená nanosekundu alebo dokonca kratší čas.
Teraz nám je zrejmé, diktované nevyhnutnosťou, jednoduchá myšlienka úspory energie, na základe ktorej je možné získať lúče obrovskej sily pri relatívne nízkej spotrebe energie. Namiesto toho, aby ste na sekundu vyprodukovali povedzme jeden jouel energie vo forme žiarenia (to je veľmi malé množstvo), alebo aby ste emitovali lúč jedného wattu (1 W = 1 J / s), jednoducho nasleduje to isté množstvo energie (jeden joule) emitujú rýchlejšie ako relatívne krátky impulz. Čím kratší je impulz, tým vyšší je výkon lúča. Ak napríklad výbuch žiarenia trvá jednu milisekundu (jednu mikrosekundu, jednu nanosekundu), potom bude mať lúč výkon 1000-krát vyšší (relatívne).
Je zrejmé, že s 1 000-krát väčším energetickým príspevkom (1 kJ namiesto 1 J) sa ukáže (v každom z vyššie uvedených prípadov), že lúč je 1000-krát silnejší. Ak by čas emisie (emisie) predstavoval hodnotu rádovo jednu nanosekundu, potom by sa v tomto prípade získal lúč s výkonom jedného terawattu. Napríklad zaostrený napríklad pomocou šošovky na povrchu tela na bod s priemerom asi 0,1 mm, by taký lúč dal v ohnisku nepredstaviteľnú hodnotu intenzity - 10 až 20 výkon W / m2! (Pre porovnanie, intenzita svetla 100-wattovej žiarovky vo vzdialenosti 1 m od nej je rádovo niekoľko desatín wattu na meter štvorcový.)
Zostáva jedna otázka, na prvý pohľad zdanlivo nevinná: ako znížiť čas laserového žiarenia pre danú celkovú energiu lúča? Takáto úloha predstavuje zložitý problém, fyzický aj technický. Nebudeme sa tu venovať takýmto jemnostiam, pretože pre náš príbeh je otázka prijatia krátkeho impulzu príliš zvláštna. V každom prípade je dnes situácia nasledovná: čas emisie svetla pulzným laserom bez akýchkoľvek ďalších zariadení, ktoré by prinútili laser emitovať svetlo rýchlejšie, je rádovo niekoľko mikrosekúnd (alebo desatina promile). druhý).
Použitie ďalších zariadení, ktorých prevádzka je založená na niektorých fyzikálnych javoch, pomôže znížiť tento čas na hodnoty rádovo pikosekundy. Vďaka tomu je dnes možné získať obrie laserové impulzy, ktorých maximálny výkon môže dosiahnuť aj niekoľko stoviek terawattov.Takéto silné lúče sú samozrejme potrebné iba v špeciálnych zariadeniach (napríklad na spustenie termonukleárnej reakcie). V mnohých iných prípadoch sa používajú impulzy s oveľa nižším výkonom.
Teraz si položme dôležitú otázku: je možné získať také intenzívne svetelné lúče lacnejšie a ľahšie, menovite pomocou tradičných vysoko výkonných žiaroviek? Týka sa to žiaroviek pracujúcich v nepretržitom režime (napríklad žiaroviek leteckých reflektorov alebo kín), ako aj žiaroviek (napríklad žiaroviek používaných vo fotografii).
Odpoveď závisí od toho, aké lúče by sme chceli získať, alebo inak povedané, o akej sile a o akej divergencii hovoríme. Ak nám je divergencia lúča ľahostajná, potom sú tradičné žiarovky schopné konkurovať laserom iba do určitej hranice. Táto hranica je v každom prípade hlboko pod jedným terawattom. Nad touto úrovňou nemá laser konkurenciu.
Samozrejme, čím menej sa budú líšiť a výkonnejšie lúče získať, tým nižšie bude ležať hranica, nad ktorou budeme musieť opustiť tradičné svetelné zdroje a obrátiť sa na lasery. Ako už bolo spomenuté, klasické svetelné zdroje by neboli schopné uspokojiť vysoké požiadavky na presnosť kladené na svetelný zdroj pri meraní vzdialenosti od Zeme po Mesiac. V tomto experimente sa použil pulzný laser.
Gavrilova N.V.
|
