Что такое лазер и как именно он работает

Подробнее о лазерах

Само слово расшифровывается как "усиление света с помощью стимулированного излучения" (Llight Amplification by Stimulated Emission of Radiation), что в техническом смысле объясняет принцип работы лазеров. Хотя, если быть более точным, современные лазеры не усиливают свет — они колеблют волны внутри луча, чтобы упорядочить их в аккуратный и четкий порядок.

Смотрите также Как в открытом космосе рождаются сложные органические молекулы

Сердце лазера – это материалы, предоставляющие частям электромагнитного спектра дополнительную энергию, когда они проходят через него. Такое усиление называется "коэффициентом усиления" и оно может эффективно усиливать мощность света.

За этим усилением стоит процесс, который называется стимулированным излучением. Атомы в материале получают всплеск энергии (например, сильный электрический ток), который переводит их электроны в возбужденное состояние. Сияние или отраженный свет через этот возбужденный материал заставляет электроны поглощать, а затем излучать собственные фотоны.

В некоторых лазерах эта среда вообще не является материалом, состоящим из атомов, а лишь сгустком электронов, движущихся со скоростью молнии.

Застряв в полости, которая отражает свет, усилитель технически увеличивает количество света, проходящего через него. Это фундаментальная основа усиления света с помощью вынужденного излучения.

Хотя усиление является ключевой частью процесса, все же особенностью, которая делает этот тип лазера тем, что мы используем для развлечения кошек, воспроизведения DVD-дисков или сбивания дронов, является то, что называется когерентностью. Свет, проходящий через среду усиления, в конечном итоге имеет одинаковый цвет. Абсолютно одинаковый. Идентичная длина волны, одинаковое направление, одинаковая поляризация. Просто в больших, концентрированных количествах.

Посылая волны туда-сюда через оптическую полость, мы фильтруем луч, так что на выходе получаем волны одинаковой фазы. Каждый фотон в этом пучке не только имеет одинаковые характеристики, но и колеблется в такт со всеми остальными.

Какой самый мощный лазер из когда-либо созданных?

Самый мощный лазер, созданный сегодня, находится на объекте Европейской инфраструктуры экстремального света в Румынии. Его лазеры являются одними из самых интенсивных в мире, генерируя невероятно короткие импульсы фотонов, протонов, нейтронов и нейтрино с невероятной энергией.

Лазерная система высокой мощности использует легированный титаном сапфировый усилитель, предназначенный для генерирования лазерных импульсов мощностью до 10 петаватт.

Чтобы понять, насколько это много:

• Ватт — это один джоуль энергии за одну секунду.
• Чтобы нагреть литр воды на один градус по Цельсию, нужно чуть больше 4 000 джоулей.
• Петават — это один квадриллион (1015) джоулей в секунду.

Хотя импульс заканчивается за 22 фемтосекунды (22x10^-15 секунд), но это все равно приличное количество энергии, втиснутое в крошечное мгновение.

Однако рекорд может продержаться недолго. Китайская "Станция экстремального света" может побить его в ближайшие годы благодаря новейшим технологиям, которые способны генерировать лазеры мощностью 100 петаватт — всплеск энергии настолько интенсивный, что может встряхнуть пустое пространство и вызвать дождь частиц, что станет таким физическим явлением, которого мы никогда раньше не видели.