Оптический квантовый генератор – лазер

Оптический квантовый генератор

Еще в 1952 г. Н.Г.Басовым, а так же А.М.Прохоровым в советском союзе и Ч.Таунсом в соединенных штатах Америки удалось изобрести схему настоящего квантового генератора сверх высокой частоты. Через пару лет точно такой же генератор удалось сделать в университете физики Академии наук Советского Союза. Также аппарат удалось запустить и в Колумбийском университете в Соединенных Штатах. В 1960 году, физик из Америки по имени Т. Мейман создал генератор, который работал не в радиодиапазоне, а в оптическом режиме, это и был лазер.

Лазер это луч света четко установленной длины волны и точно направленный. Основной             принцип работы лазера, это излучение каким-либо веществом энергии при соприкосновении его молекул с фотонами, для прохождения процесса энергия атома вещества  и фотона должны быть сопоставимы.

Современный лазер

Для того чтобы объяснить подробнее, возьмем в качестве примера рубиновый твердотельный лазер. Кристалл имеет форму стержня, вокруг него намотана лампа излучатель. С двух концов кристалла установлены зеркала, одно из которых обычное, второе полупрозрачное. Лампа при помощи импульсов наполняет кристалл энергией, и в нем, как результат, накачивается лавина фотонов. В процессе накачки фотоны блуждают в кристалле, постоянно отражаясь от зеркал, пока не достигнут необходимой мощности, и не выплеснутся наружу в виде лазерного луча. В основном в качестве рабочего материала лазеров берутся кристаллы рубина искусственного происхождения, разной толщины и дины.

Совместно со стержнем-кристаллом устанавливается так называемая лампа накачки, которая обвивает стержень, или крепится параллельно ему. Осветитель обязан работать в импульсном режиме, потому что в атомах все процессы происходят невероятно быстро и держать лампу включенной просто нет смысла. Чтобы энергия осветителя полностью впитывалась в кристалл, вся система оборачивается отражателем. Зеркало ставится параллельно другому, но перпендикулярно стержню кристалла.

Как работает лазер

Когда лазерный излучатель только запустится, он отдает мало энергии. Но после накачки и множества отражений внутри зеркальной системы лазер набирает мощность. Процесс происходит мгновенно и уже через секунду мощнейший пучок фотонов рубинового цвета отдает полную мощность. Чтобы лазер не тух, свет постоянно работает внутри кристалла и поддерживает луч на полной мощности.

Лазеры бывают самых разнообразных конструкций, в зависимости от среды применения. Их рабочее вещество не обязательно твердый элемент, так же он может быть жидкостью или газом. Например, в лазерах газового типа, рабочим веществом является трубка наполненная газом, которая одновременно является и лампой накачки. Газ светится от того что через него пропускают ток высокого напряжения, как в газоразрядных лампах. По цвету лазерного луча можно определить какой газ является рабочим веществом прибора. Например, неон имеет красный оттенок, криптон – желтый, аргон – синий.

Промышленный лазер

Существуют также лазеры газодинамического типа, свечение в которых создается путем разогревания и сдавливания рабочего вещества – газа. Газ пребывает в ионизированном состоянии, его молекулы рождают устойчивый луч, который вырывается наружу через зеркало, прозрачного типа.

В лазерах полупроводникового типа излучение исходит от двух разнотипных полупроводников. Атомы молекул, которые лежат на стыке двух материалов, способны светиться под действием электрического тока. Сам же полупроводник может служить рефлектором, если его поверхность посеребрить или отполировать. Лазеры полупроводникового типа имеют очень компактный размер, устройство может быть диаметром с пуговицу.

Также большой популярностью пользуются жидкостные лазеры, в которых рабочим веществом является окрашенная жидкость, замена которой меняет и цвет лазера. Жидкость находится в специальной капсуле и когда лазер работает, вещество прокачивается через охладитель. Чтобы раскачать жидкость ее приводят в действие посредством лазера газового типа. Если заменять лотки с жидкостью, и таким образом менять цвет, можно добиться самых разных оттенков лазерного луча.

Все существующие лазеры разделяются по разным признакам, например по типу накачки, типу рабочей среды, видом рефлектора и режимом работы, например импульсный или постоянный. Так как лазер очень широко  применяется во всех уголках жизнедеятельности человека, требования к нему тоже самые разные, а соответственно и конструкция.

Но есть ли в мире нечто подобное настоящему генератору квантов? Если лазер создали люди, то природа вряд ли может удивить нас чем-нибудь подобным. Но как оказалась, по наблюдению астрономо, целые солнечные системы являются квантовыми генераторами. Огромнейшие облака газа являются отличной рабочей средой для колоссального лазера, накачивает который мощнейшее космическое излучение. Такие системы имеют большую длину волны, но скорее всего в будущем будут обнаружены и гигантские оптические лазеры.