|
 Kā liecina fakti, lāzera stars var pārvadāt pietiekami daudz enerģijas, lai varētu veikt operāciju, urbt dimantus un pat mikroskopiskos vielas daudzumus sasildīt līdz miljonu grādu temperatūrai.
Cik daudz enerģijas var nest lāzera stars? Tas ir atkarīgs no lāzera veida, avota, kas to piegādā, jaudas, kā arī no tā darbības apstākļiem, kas nosaka piegādātās enerģijas izmantošanas efektivitāti.
Un ar CW lāzeriem ieejas enerģija tiek nepārtraukti pārveidota par lāzera izstarotā starojuma enerģiju. Šādu lāzeru izstaroto staru jauda svārstās no milivatiem līdz desmitiem kilovatu (tikpat daudz, cik redzamajā diapazonā izstaro tūkstoš simts vatu spuldzes). Izmantojot šos kilovatstaru gaismas starus, kas ir pareizi fokusēti, piemēram, ar objektīvu, ir iespējams sagriezt centimetru biezu kuģa ādas tērauda loksni ar ātrumu aptuveni viens centimetrs sekundē. Mazāk jaudīgus lāzerus izmanto citiem mērķiem, kuriem nav nepieciešami tik spēcīgi gaismas stari.
 Vajadzēja, ka jaudīgākais lāzers, ko savām acīm redzējis ASV Jūras spēku Jūras pētījumu institūtā Vašingtonā, DC, dažu sekunžu laikā izstaroja aptuveni viena megavata (miljons vati vai tūkstotis kilovatu) staru. Šis lāzers kopā ar palīgierīcēm aizņēma divas diezgan lielas laboratorijas telpas. Šeit nav nekā īpaši pārsteidzoša, jo tā gaismas jauda bija vienāda ar apmēram piecdesmit vidējās klases vieglo automobiļu dzinēju jaudu.
Daudziem mērķiem pat megavatu sijas ir vājas, un tām ir vajadzīgas vēl jaudīgākas sijas. Piemēram, "Mēness" lāzers bija paredzēts raidīt staru ar vairāku miljonu vatu jaudu. Gaismas stars pēc atstarošanas no Mēness atgriežas uz Zemes, kas ir stipri novājināta absorbcijas un izkliedes dēļ Zemes atmosfērā, izkliedējot uz Mēness virsmas utt. Atstaroto gaismu reģistrējošās iekārtas jutīgums izslēdz iespēju izmantot tradicionālos pat spēcīgākie gaismas avoti Mēness atrašanās vietai. Pietiekami intensīvu gaismas staru varēja radīt tikai lāzers ar vairāku megavatu jaudu. Lai uzsāktu kodolreakciju, ir vajadzīgs vēl spēcīgāks lāzers - tā jaudai jābūt vismaz vairāku miljonu megavatu lielumā.
Šāda jaudīga nepārtraukta viļņa lāzera izveide joprojām ir nereāls uzdevums. Šādam lāzerim galvenokārt vajadzētu būt zvērīgiem izmēriem. Būtu arī grūts uzdevums nodrošināt šādu kolosu ar enerģiju, kā arī grūti izveidot dzesēšanu. Lāzera efektivitāte parasti ir robežās no dažiem līdz desmit procentiem, tāpēc kā izstarojums tiek izstarota tikai salīdzinoši neliela enerģijas enerģijas daļa, ko ievada lāzers. Pārējais tiek izkliedēts, galu galā pārvēršoties siltumā, kas jānoņem no lāzera instalācijas, pakļaujot to pietiekami intensīvai dzesēšanai.
Lāzers, kas nepārtraukti izstaroja viena miljona megavatu staru, patērētu vairāku tūkstošu vidēja lieluma elektrostaciju vienlaikus radīto enerģiju. Šāda lāzera darbības laikā miljoniem patērētāju būtu jāatsakās no barošanas avota. Varbūt to tomēr varētu kaut kā nokārtot, bet kā gan tādu milzi atdzesēt?
Tomēr, neskatoties uz to, ka ir nepieciešami tik spēcīgi gaismas stari, nav nepieciešams būvēt šādus cw lāzerus.Fakts ir tāds, ka visās lietojumprogrammās, kur ir nepieciešami īpaši lielas jaudas lāzera stari, nav īsti svarīgi, vai lāzers izstaro starojumu vienu tūkstošdaļu vai vienu miljono sekundes daļu. Visbiežāk ir tā, ka lāzera starojums ir vajadzīgs tikai īsu laika periodu. Īsāk sakot, mēs runājam par to, ka lāzera stars bija laiks, lai saņemtajā objektā izraisītu vēlamo efektu, pirms runa ir par nevēlamiem procesiem, kas saistīti ar objekta absorbētās lāzera starojuma enerģiju. Ja, piemēram, lietojot lāzera staru, lai operācijas laikā noņemtu slimos audus, zibspuldzes ilga pārāk ilgi, tad arī veselie audi, kas atrodas blakus slimajam, varētu arī bīstami pārkarst. Ja tiek izmantots nepārtraukts lāzera starojums, lai atsevišķu zibspuldžu vietā urbtu caurumu dimantā, dimants pārkarst, izkusīs un rezultātā ievērojama dimanta daļa iztvaiko.
 Norādītie piemēri norāda uz nepieciešamību izmantot tik īsus lāzera impulsus, lai apstarotā objekta absorbētajai enerģijai nebūtu laika izkliedēties siltuma vadīšanas procesu dēļ. Protams, šādu nevēlamu un bieži vien kaitīgu enerģijas izkliedēšanas mehānismu ir daudz vairāk. Parasti mēs runājam par to, ka lāzera staram ir laiks izpildīt savu uzdevumu, pirms uzskaitītie faktori to traucē. Tāpēc daudzās ierīcēs lāzera impulsiem jābūt ļoti īsiem, un izteiciens "ļoti īss" dažreiz nozīmē nanosekundi vai pat mazāk laika.
Tagad mums kļūst skaidrs, nepieciešamības diktēta, vienkārša enerģijas taupīšanas ideja, uz kuras pamata ir iespējams iegūt gigantiskas jaudas sijas ar salīdzinoši mazu enerģijas patēriņu. Tā vietā, lai sekundē radītu, teiksim, vienu džoulu enerģijas starojuma veidā (tas ir ļoti mazs daudzums) vai izstarotu viena vata staru (1 W = 1 J / s), tas vienkārši seko tam pašam daudzumam enerģijas (viens džouls) izstaro ātrāk kā relatīvi īss impulss. Jo īsāks pulss, jo lielāka ir staru jauda. Ja, piemēram, radiācijas uzliesmojums ilgst vienu milisekundi (viena mikrosekunde, viena nanosekunde), tad stara jauda būs 1000 reizes lielāka (relatīvā).
Acīmredzot, ja enerģijas ieguldījums ir 1000 reizes lielāks (1 kJ, nevis 1 J), izrādīsies (katrā no iepriekš minētajiem gadījumiem), ka stars ir 1000 reizes jaudīgāks. Ja emisijas (emisijas) laiks būtu vienas nanosekundes pakāpe, tad šajā gadījumā tiktu iegūts stars ar viena teravatu jaudu. Koncentrējoties, piemēram, ar objektīvu uz ķermeņa virsmas aptuveni 0,1 mm diametra plankumā, šāds stars fokusā piešķirtu neiedomājamu intensitātes vērtību - no 10 līdz 20. W / m2 jaudai! (Salīdzinājumam - 100 vatu spuldzes gaismas intensitāte 1 m attālumā no tās ir aptuveni dažu vatu desmitdaļu kvadrātmetrā.)
Atliek viens jautājums, kas no pirmā acu uzmetiena šķiet nevainīgs: kā samazināt lāzera starojuma laiku pie noteiktās kopējās gaismas enerģijas? Šāds uzdevums ir sarežģīta gan fiziska, gan tehniska rakstura problēma. Mēs šeit neiedziļināsimies šādos smalkumos, jo mūsu stāstam jautājums par īsa pulsa saņemšanu ir pārāk īpašs. Jebkurā gadījumā šodien situācija ir šāda: impulsa lāzera gaismas izstarošanas laiks bez jebkādām papildu ierīcēm, kas piespiestu lāzeru ātrāk izstarot gaismu, ir dažu mikrosekunžu (vai vienas tūkstošdaļas desmitdaļas) lielums. otrais).
Papildu ierīču izmantošana, kuru darbība ir balstīta uz dažām fiziskām parādībām, palīdzēs samazināt šo laiku līdz vērtībām pikosekundes secībā. Pateicoties tam, šodien ir iespējams iegūt milzu lāzera impulsus, kuru maksimālā jauda var sasniegt pat vairākus simtus teravatu.Protams, tik spēcīgi stari ir nepieciešami tikai īpašās ierīcēs (piemēram, lai sāktu kodolreakciju). Daudzos citos gadījumos tiek izmantoti impulsi ar daudz mazāku jaudu.
Tagad uzdosim svarīgu jautājumu: vai ir iespējams lētāk un vieglāk iegūt tik intensīvas gaismas starus, proti, ar tradicionālo lieljaudas lampu palīdzību? Tas attiecas gan uz lampām, kas darbojas nepārtrauktā režīmā (piemēram, lidmašīnu atstarotāju vai filmu kameru lampas), gan uz zibspuldzēm (piemēram, fotografēšanai izmantojamiem lukturiem).
Atbilde ir atkarīga no tā, kādus sijas mēs vēlētos iegūt, vai, citiem vārdiem sakot, par kādu spēku un par kādu atšķirību mēs runājam. Ja mums ir vienaldzīga stara atšķirība, tad tradicionālās lampas spēj konkurēt ar lāzeriem tikai līdz noteiktai robežai. Jebkurā gadījumā šī robeža ir krietni zemāka par vienu teravatu. Virs šī līmeņa lāzerim nav konkurentu.
Protams, jo mazāk atšķirīgus un jaudīgākus starus mēs vēlamies iegūt, jo zemāka būs robeža, virs kuras mums būs jāatsakās no tradicionālajiem gaismas avotiem un jāvēršas pie lāzeriem. Kā jau minēts, klasiskie gaismas avoti nespētu izpildīt augstas precizitātes prasības, kas tika noteiktas gaismas avotam, mērot attālumu no Zemes līdz Mēnesim. Šajā eksperimentā bija jāizmanto impulsa lāzers.
Gavrilova N.V.
|
