Що таке лазер і як саме він працює

Детальніше про лазери

Саме слово розшифровується як "посилення світла за допомогою стимульованого випромінювання" (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), що в технічному сенсі пояснює принцип роботи лазерів. Хоча, якщо бути більш точним, сучасні лазери не підсилюють світло — вони коливають хвилі всередині променя, щоб упорядкувати їх в акуратний і чіткий порядок.

Дивіться також Як у відкритому космосі народжуються складні органічні молекули

Серце лазера — це матеріали, які надають частинам електромагнітного спектра додаткову енергію, коли вони проходять крізь нього. Таке посилення називається "коефіцієнтом підсилення", і воно може ефективно підсилювати потужність світла.

За цим посиленням стоїть процес, який називається стимульованим випромінюванням. Атоми в матеріалі отримують сплеск енергії (наприклад, сильний електричний струм), що переводить їхні електрони у збуджений стан. Сяйво або відбите світло через цей збуджений матеріал змушує електрони поглинати, а потім випромінювати власні фотони.

У деяких лазерах це середовище взагалі не є матеріалом, що складається з атомів, а лише згустком електронів, що рухаються зі швидкістю блискавки.

Застрягши в порожнині, яка відбиває світло, підсилювач технічно збільшує кількість світла, що проходить крізь нього. Це фундаментальна основа посилення світла за допомогою вимушеного випромінювання.

Хоча підсилення є ключовою частиною процесу, все ж особливістю, яка робить цей тип лазера тим, що ми використовуємо для розваги котів, відтворення DVD-дисків або збивання дронів, є те, що називається когерентністю. Світло, яке проходить крізь середовище посилення, в кінцевому підсумку має однаковий колір. Абсолютно однаковий. Ідентична довжина хвилі, однаковий напрямок, однакова поляризація. Просто в більших, концентрованих кількостях.

Посилаючи хвилі туди-сюди через оптичну порожнину, ми фільтруємо промінь, так що на виході отримуємо хвилі однакової фази. Кожен фотон у цьому пучку не лише має однакові характеристики, але й коливається в такт з усіма іншими.

Який найпотужніший лазер з коли-небудь створених?

Найпотужніший лазер, створений сьогодні, знаходиться на об'єкті Європейської інфраструктури екстремального світла в Румунії. Його лазери є одними з найінтенсивніших у світі, генеруючи неймовірно короткі імпульси фотонів, протонів, нейтронів і нейтрино з неймовірною енергією.

Лазерна система високої потужності використовує легований титаном сапфіровий підсилювач, призначений для генерування лазерних імпульсів потужністю до 10 петават.

Щоб зрозуміти, наскільки це багато:

• Ват — це один джоуль енергії за одну секунду.
• Щоб нагріти літр води на один градус за Цельсієм, потрібно трохи більше 4 000 джоулів.
• Петават — це один квадрильйон (1015) джоулів на секунду.

Хоча імпульс закінчується за 22 фемтосекунди (22x10^-15 секунд), але це все одно пристойна кількість енергії, втиснута в крихітну мить.

Однак рекорд може протриматися недовго. Китайська "Станція екстремального світла" може побити його в найближчі роки завдяки новітнім технологіям, які здатні генерувати лазери потужністю 100 петаватів – сплеск енергії настільки інтенсивний, що може струснути порожній простір і викликати дощ частинок, що стане таким фізичним явищем, якого ми ніколи раніше не бачили.