|
 Som det fremgår af fakta, kan en laserstråle bære nok energi til at være i stand til at udføre kirurgi, bore diamanter og endda varme mikroskopiske mængder af et stof til temperaturer på millioner af grader.
Hvor meget energi kan en laserstråle bære? Det afhænger af lasertypen, strømmen fra kilden, der leverer den, samt af betingelserne for dens drift, der bestemmer effektiviteten af brugen af den leverede energi.
Og med CW-lasere konverteres inputenergien kontinuerligt til energien fra den stråling, der udsendes af laseren. Strålen fra bjælker, der udsendes af sådanne lasere, spænder fra milliwatt til snesevis af kilowatt (den samme mængde som tusind hundrede watt pærer udsender i det synlige område). Med disse kilowatt-lysstråler, der er ordentligt fokuseret, for eksempel ved en linse, er det muligt at skære en centimeter tyk stålplade af skibsskind med en hastighed på ca. en centimeter pr. Sekund. Mindre kraftige lasere bruges til andre formål, der ikke kræver så kraftige lysstråler.
 Den mest kraftfulde laser, der blev set med egne øjne ved Naval Research Institute of the US Navy i Washington, DC, skulle udsende en stråle på ca. en megawatt (millioner watt eller tusind kilowatt) i løbet af få sekunder. Denne laser besatte sammen med hjælpeapparater to ret store laboratorierum. Der er ikke noget særligt overraskende her, da kraften i dens stråle var lig med effekten på omkring halvtreds motorer i middelklassebiler.
Til mange formål er selv megawatt-bjælker dog svage og kræver endnu kraftigere bjælker. For eksempel skulle en "måne" laser sende en stråle med en effekt på flere millioner watt. Lysstrålen efter refleksion fra Månen vender tilbage til Jorden stærkt svækket på grund af absorption og spredning i Jordens atmosfære, spredning på Månens overflade osv. Følsomheden af det udstyr, der optager det reflekterede lys, udelukker muligheden for at bruge selv de stærkeste traditionelle lyskilder til placering af Månen. En tilstrækkelig intens lysstråle kunne kun produceres af en laser med en effekt på flere megawatt. For at indlede en termonuklear reaktion kræves en endnu stærkere laser - dens effekt skal være i størrelsesordenen mindst flere millioner megawatt.
Oprettelsen af en sådan kraftig laser med kontinuerlig bølge er endnu ikke realistisk. En sådan laser skulle først og fremmest have uhyrlige dimensioner. Det ville også være en vanskelig opgave at give en sådan koloss energi, og det ville også være vanskeligt at etablere afkøling. Effektiviteten af en laser er typisk i området fra nogle få til ti procent, så kun en relativt lille del af energien, der tilføres laseren, udsendes som stråling. Resten forsvinder og bliver til sidst til varme, som skal fjernes fra laserinstallationen og udsættes for tilstrækkelig intens afkøling.
En laser, der kontinuerligt udsendte en stråle på en million megawatt, ville forbruge energi genereret samtidigt af flere tusinde mellemstore kraftværker. Under driften af en sådan laser skulle millioner af forbrugere fratages strømforsyningen. Måske kunne dette stadig afgøres på en eller anden måde, men hvordan kan en sådan kæmpe afkøles?
På trods af det faktum, at der er behov for så kraftige lysstråler, er der ikke behov for at bygge sådanne cw-lasere.Faktum er, at i alle de applikationer, hvor der er behov for laserstråler med ultrahøj effekt, betyder det ikke rigtig, om laseren udsender stråling i en tusindedel eller en milliontedel af et sekund. Oftest er det tilfældet, at laserstråling kun er nødvendig i en kort periode. Kort sagt taler vi om det faktum, at laserstrålen havde tid til at forårsage den ønskede effekt i det modtagne objekt, før det kommer til uønskede processer forbundet med energien af laserstråling absorberet af objektet. Hvis f.eks. En laserstråle bruges til at fjerne sygt væv under en operation, varede blinkene for længe, så kunne sundt væv ved siden af den syge også gennemgå farlig overophedning. Hvis der anvendes kontinuerlig laserstråling til at bore et hul i en diamant i stedet for separate blink, vil diamanten blive overophedet, smelte, og som et resultat vil en betydelig del af diamanten fordampe.
 De givne eksempler indikerer behovet for at bruge sådanne korte laserimpulser, så den energi, der absorberes af det bestrålede objekt, ikke har tid til at sprede sig på grund af varmeledningsprocesser. Selvfølgelig er der mange flere sådanne uønskede og ofte skadelige energispredningsmekanismer. I det generelle tilfælde taler vi om det faktum, at laserstrålen havde tid til at fuldføre sin opgave, før de anførte faktorer forstyrrer den. Dette er grunden til, at laserimpulser i mange enheder skal være meget korte, og udtrykket "meget kort" betyder undertiden en nanosekund eller endnu kortere tid.
Nu bliver det klart for os, dikteret af behovet, en simpel idé om at spare energi, på basis af hvilket det er muligt at opnå stråler med gigantisk kraft til relativt lave energiomkostninger. I stedet for at producere f.eks. En joule energi i form af stråling (dette er en meget lille mængde) i et sekund eller udsende en stråle på en watt (1 W = 1 J / s) følger den simpelthen den samme mængde energi (en joule ) udsender hurtigere som en relativt kort puls. Jo kortere puls, jo højere stråleeffekt. Hvis for eksempel en udstrålingsstråling varer et millisekund (en mikrosekund, en nanosekund), vil strålen have en effekt 1000 gange højere (relativ).
Naturligvis vil det med et energibidrag 1000 gange større (1 kJ i stedet for 1 J) vise sig (i hvert af ovenstående tilfælde) at strålen er 1000 gange kraftigere. Hvis emissionstiden (emissionstiden) var i størrelsesordenen en nanosekund, ville der i dette tilfælde blive opnået en stråle med en effekt på et teravatt. Fokuseret for eksempel med en linse på overfladen af kroppen til et sted på ca. 0,1 mm i diameter, vil en sådan stråle give fokus en utænkelig intensitetsværdi - 10 til den 20. effekt af W / m2! (Til sammenligning er lysintensiteten af en 100-watt pære i en afstand af 1 m fra den i størrelsesordenen nogle få tiendedele af en watt pr. Kvadratmeter.)
Der er stadig et spørgsmål, tilsyneladende uskyldigt ved første øjekast: hvordan man reducerer laserstrålingstiden ved en given total stråleenergi? En sådan opgave er et komplekst problem af både fysisk og teknisk karakter. Vi vil ikke gå ind på sådanne finesser her, for for vores historie er spørgsmålet om at modtage en kort puls for specielt. Under alle omstændigheder er situationen i dag som følger: tidspunktet for lysemission fra en pulserende laser uden yderligere enheder, der ville tvinge laseren til at udsende lys hurtigere, er i størrelsesordenen nogle få mikrosekunder (eller en tiendedel af en tusindedel af et sekund).
Brug af yderligere enheder, hvis drift er baseret på nogle fysiske fænomener, hjælper med at reducere denne tid til værdier i størrelsesordenen en picosekund. Takket være dette er det i dag muligt at opnå kæmpe laserimpulser, hvis maksimale effekt endda kan nå flere hundrede terawatts.Selvfølgelig er sådanne kraftige bjælker kun nødvendige i specielle enheder (for eksempel for at indlede en termonuklear reaktion). I mange andre tilfælde anvendes impulser med meget lavere effekt.
Lad os nu stille et vigtigt spørgsmål: er det muligt at få så intense lysstråler billigere og lettere, nemlig ved hjælp af traditionelle kraftige lamper? Dette refererer til både lamper, der fungerer i kontinuerlig tilstand (for eksempel lamper fra flyreflektorer eller filmkameraer), og blitzlamper (for eksempel lommelygter, der bruges til fotografering).
Svaret afhænger af, hvilken slags bjælker vi gerne vil opnå, eller med andre ord, hvilken kraft og hvilken slags divergens vi taler om. Hvis vi er ligeglade med bjælkens divergens, er traditionelle lamper kun i stand til at konkurrere med lasere op til en vis grænse. Denne grænse ligger under alle omstændigheder langt under et terawatt. Over dette niveau har laseren ingen konkurrenter.
Jo mindre divergerende og kraftigere stråler vi ønsker at opnå, jo lavere vil grænsen ligge, over hvilken vi bliver nødt til at opgive traditionelle lyskilder og vende os til lasere. Som allerede nævnt ville klassiske lyskilder ikke være i stand til at opfylde de høje nøjagtighedskrav, der blev pålagt en lyskilde ved måling af afstanden fra Jorden til Månen. I dette eksperiment blev der anvendt en pulserende laser.
Gavrilova N.V.
|
