|
 Kao što pokazuju činjenice, laserska zraka može nositi dovoljno energije da može provesti operaciju, bušiti dijamante, pa čak i zagrijavati mikroskopske količine tvari na temperature od milijuna stupnjeva.
Koliko energije može nositi laserska zraka? Ovisi o vrsti lasera, snazi izvora koji ga opskrbljuje, kao i o uvjetima njegovog rada koji određuju učinkovitost korištenja isporučene energije.
A kod CW lasera ulazna energija kontinuirano se pretvara u energiju zračenja koje emitira laser. Snaga zraka koje emitiraju takvi laseri kreće se od milivata do desetaka kilovata (ista količina koju u vidljivom opsegu emitira tisuću žarulja od sto vata). Ovim kilovatskim snopovima svjetlosti, pravilno fokusiranim, na primjer lećom, moguće je rezati centimetar debeli lim brodske kože brzinom od oko jednog centimetra u sekundi. Manje snažni laseri koriste se u druge svrhe koje ne zahtijevaju tako snažne zrake svjetlosti.
 Najmoćniji laser viđen vlastitim očima u Naučno-pomorskom institutu američke mornarice u Washingtonu, DC, trebao je u nekoliko sekundi emitirati snop od oko jednog megavata (milijun vata ili tisuću kilovata). Ovaj laser, zajedno s pomoćnim uređajima, zauzimao je dvije prilično velike laboratorijske prostorije. Ovdje nema ništa posebno iznenađujuće, budući da je snaga snopa bila jednaka snazi pedesetak motora osobnih automobila srednje klase.
U mnoge svrhe, čak su i megavatne zrake slabe i zahtijevaju još snažnije zrake. Primjerice, "lunarni" laser trebao je poslati snop snage nekoliko milijuna vata. Snop svjetlosti nakon refleksije od Mjeseca vraća se na Zemlju uvelike oslabljen uslijed apsorpcije i raspršenja u Zemljinoj atmosferi, raspršenja na površini Mjeseca itd. Osjetljivost opreme koja snima odbijenu svjetlost isključuje mogućnost korištenja tradicionalnih čak najjači izvori svjetlosti za lociranje Mjeseca. Dovoljno intenzivan snop svjetlosti mogao je proizvesti samo laser snage nekoliko megavata. Za pokretanje termonuklearne reakcije potreban je još jači laser - njegova bi snaga trebala biti reda veličine najmanje nekoliko milijuna megavata.
Stvaranje tako snažnog lasera s kontinuiranim valom nerealan je zadatak. Takav laser morao bi imati, prije svega, čudovišne dimenzije. Također bi bio težak zadatak pružiti takvom kolosu energiju, a također bi bilo teško uspostaviti hlađenje. Učinkovitost lasera obično je u rasponu od nekoliko do deset posto, tako da se samo relativno mali dio uložene energije u laser emitira kao zračenje. Ostatak se rasipa, na kraju se pretvara u toplinu, koja se mora ukloniti iz laserske instalacije, podvrgavajući je dovoljno intenzivnom hlađenju.
Laser koji kontinuirano emitira snop od milijun megavata trošio bi istodobno energiju koju je generiralo nekoliko tisuća srednjih elektrana. Tijekom rada takvog lasera, milijuni potrošača morali bi biti lišeni napajanja. Možda bi se ovo ipak moglo nekako riješiti, ali kako se takav div može ohladiti?
Međutim, unatoč činjenici da postoji potreba za tako snažnim svjetlosnim snopovima, nema potrebe za izradom takvih cw lasera.Činjenica je da u svim onim primjenama gdje postoji potreba za laserskim zrakama ultra velike snage, zapravo nije važno hoće li laser emitirati zračenje tisućiti ili milioniti dio sekunde. Najčešće je slučaj da je lasersko zračenje potrebno samo na kratko. Ukratko, govorimo o činjenici da je laserska zraka imala vremena izazvati željeni učinak u primljenom objektu prije nego što dođe do nepoželjnih procesa povezanih s energijom laserskog zračenja koju apsorbira objekt. Ako su, na primjer, kada laserskom zrakom uklanjate oboljelo tkivo tijekom operacije, bljeskovi traju predugo, tada bi zdravo tkivo uz oboljelo moglo također doživjeti opasno pregrijavanje. Ako se koristi kontinuirano lasersko zračenje za bušenje rupe u dijamantu umjesto odvojenih bljeskova, dijamant će se pregrijati, topiti i kao rezultat toga, značajan dio dijamanta će ispariti.
 Gornji primjeri ukazuju na potrebu upotrebe tako kratkih laserskih impulsa, tako da energija apsorbirana zračenim objektom nema vremena da se rasprši zbog procesa provođenja topline. Naravno, postoji mnogo više takvih nepoželjnih i često štetnih mehanizama rasipanja energije. U općenitom slučaju govorimo o činjenici da je laserska zraka imala vremena izvršiti svoj zadatak prije nego što ga navedeni čimbenici ometaju. Zbog toga u mnogim uređajima laserski impulsi moraju biti vrlo kratki, a izraz "vrlo kratak" ponekad znači nanosekundu ili čak manje vremena.
Sada nam postaje jasna, diktirana potrebom, jednostavna ideja uštede energije, na temelju koje je moguće dobiti zrake gigantske snage uz relativno niske troškove energije. Umjesto da proizvede, recimo, jedan džul energije u obliku zračenja (ovo je vrlo mala količina) u sekundi ili emitira snop od jednog vata (1 W = 1 J / s), on jednostavno slijedi istu količinu energije (jedan džul) emitiraju brže kao relativno kratak impuls. Što je kraći puls, to je veća snaga snopa. Ako, na primjer, rafal zračenja traje jednu milisekundu (jedna mikrosekunda, jedna nanosekunda), tada će snop imati snagu 1000 puta veću (relativnu).
Očito će, s 1000 puta većim energetskim doprinosom (1 kJ umjesto 1 J), ispasti (u svakom od gore navedenih slučajeva) da je snop 1000 puta snažniji. Ako bi vrijeme emisije (emisije) iznosilo vrijednost reda jedne nanosekunde, tada bi se u ovom slučaju dobila snop snage jedan teravat. Na primjer, usredotočen lećom na površini tijela u mjesto promjera oko 0,1 mm, takva zraka dala bi u fokusu nezamislivu vrijednost intenziteta - 10 do 20. snage W / m2! (Za usporedbu, intenzitet svjetlosti žarulje od 100 vata na udaljenosti od 1 m od nje je reda veličine nekoliko desetina vata po kvadratnom metru.)
Ostaje jedno pitanje, na prvi pogled naizgled nevino: kako smanjiti vrijeme laserskog zračenja pri zadanoj ukupnoj energiji snopa? Takav je zadatak složeni problem i fizičke i tehničke prirode. Ovdje nećemo ulaziti u takve suptilnosti, jer je za našu priču pitanje primanja kratkog impulsa previše posebno. U svakom slučaju, danas je situacija sljedeća: vrijeme emisije svjetlosti impulsnim laserom bez ikakvih dodatnih uređaja koji bi prisilili laser da brže emitira svjetlost reda je nekoliko mikrosekundi (ili desetinke tisućinke drugi).
Korištenje dodatnih uređaja, čiji se rad temelji na nekim fizičkim pojavama, pomoći će smanjiti ovo vrijeme na vrijednosti reda pikosekunde. Zahvaljujući tome, danas je moguće dobiti divovske laserske impulse, čija maksimalna snaga može doseći i nekoliko stotina teravata.Naravno, takve snažne zrake potrebne su samo u posebnim uređajima (na primjer, za pokretanje termonuklearne reakcije). U mnogim drugim slučajevima koriste se impulsi znatno manje snage.
Postavimo sada važno pitanje: je li moguće dobiti tako jake zrake svjetlosti jeftinije i lakše, naime uz pomoć tradicionalnih lampi velike snage? To se odnosi na svjetiljke koje rade u kontinuiranom načinu rada (na primjer, svjetiljke reflektora zrakoplova ili kino kamere) i svjetiljke s bljeskalicama (na primjer, svjetiljke koje se koriste u fotografiji).
Odgovor ovisi o tome kakve grede želimo dobiti ili, drugim riječima, o kakvoj snazi i o kakvoj divergenciji govorimo. Ako smo ravnodušni prema divergenciji snopa, tada su tradicionalne svjetiljke u stanju konkurirati laserima samo do određene granice. Ova je granica u svakom slučaju znatno ispod jednog teravata. Iznad ove razine, laser nema konkurenata.
Naravno, što se manje razilazećih i snažnijih zraka želimo dobiti, to će biti niža granica, iznad koje ćemo morati napustiti tradicionalne izvore svjetlosti i okrenuti se laserima. Kao što je već spomenuto, klasični izvori svjetlosti ne bi mogli udovoljiti visokim zahtjevima točnosti koji su nametnuti izvoru svjetlosti pri mjerenju udaljenosti od Zemlje do Mjeseca. U ovom eksperimentu morao se koristiti impulsni laser.
Gavrilova N.V.
|
