|
 Kaip rodo faktai, lazerio spindulys gali pernešti tiek energijos, kad galėtų atlikti chirurgines operacijas, gręžti deimantus ir net mikroskopinius medžiagos kiekius pašildyti iki milijonų laipsnių temperatūros.
Kiek energijos gali nešti lazerio spindulys? Tai priklauso nuo lazerio tipo, jį tiekiančio šaltinio galios, taip pat nuo jo veikimo sąlygų, lemiančių tiekiamos energijos naudojimo efektyvumą.
Ir naudojant CW lazerius, įvesties energija nuolat paverčiama lazerio skleidžiamos spinduliuotės energija. Tokių lazerių skleidžiamų spindulių galia svyruoja nuo milivatų iki dešimčių kilovatų (tiek pat, kiek matomame diapazone išmeta tūkstantis šimto vatų lemputės). Naudojant šias kilovatines šviesos pluoštus, tinkamai sutelktus, pavyzdžiui, objektyvu, galima maždaug centimetro per sekundę greičiu nupjauti centimetro storio plieno laivo odos lakštą. Mažiau galingi lazeriai naudojami kitiems tikslams, kuriems nereikia tokių galingų šviesos spindulių.
 Pats galingiausias savo akimis matytas lazeris JAV karinio jūrų laivyno Jūrų tyrimų institute Vašingtone turėjo sukurti per vieną sekundę maždaug vieno megavato (milijono vatų arba tūkstančio kilovatų) spindulį. Šis lazeris kartu su pagalbiniais prietaisais užėmė dvi gana dideles laboratorijos patalpas. Čia nėra nieko ypatingo stebinančio, nes jo šviesos galia buvo lygi maždaug penkiasdešimties vidutinės klasės lengvųjų automobilių variklių galiai.
Tačiau daugeliu tikslų net megavatų pluoštai yra silpni ir reikalauja dar galingesnių pluoštų. Pavyzdžiui, „mėnulio“ lazeris turėjo siųsti kelių milijonų vatų galios pluoštą. Šviesos spindulys, atsispindėjus iš Mėnulio, grįžta į Žemę labai susilpnėjęs dėl absorbcijos ir išsisklaidymo Žemės atmosferoje, išsisklaidymo Mėnulio paviršiuje ir kt. Atspindėtą šviesą fiksuojančios įrangos jautrumas atmeta galimybę naudoti tradicinius net stipriausi šviesos šaltiniai Mėnuliui nustatyti. Pakankamai intensyvų šviesos spindulį galėjo sukurti tik kelių megavatų galios lazeris. Norint inicijuoti termobranduolinę reakciją, reikalingas dar stipresnis lazeris - jo galia turėtų būti bent keli milijonai megavatų.
Sukurti tokį galingą nuolatinės bangos lazerį dar nėra realu. Toks lazeris visų pirma turėtų turėti siaubingus matmenis. Taip pat būtų nelengva užduotis tiekti tokiam kolosui energijos, taip pat būtų sunku nustatyti aušinimą. Lazerio efektyvumas paprastai yra nuo kelių iki dešimties procentų, todėl spinduliuojama tik santykinai nedidelė lazerio energijos dalis. Likusi dalis išsisklaido, galiausiai virsta šiluma, kuri turi būti pašalinta iš lazerio įrenginio, pakankamai intensyviai atvėsinant.
Lazeris, nuolat skleidžiantis milijono megavatų spindulį, sunaudotų kelių tūkstančių vidutinio dydžio elektrinių tuo pačiu metu generuojamą energiją. Veikiant tokiam lazeriui, milijonams vartotojų tektų atimti maitinimo šaltinį. Galbūt vis tiek būtų galima kažkaip išspręsti, bet kaip tokį milžiną galima atvėsinti?
Nepaisant to, kad reikia tokių galingų šviesos pluoštų, tokių cw lazerių statyti nereikia.Faktas yra tas, kad visose tose srityse, kur reikia ypač didelių galių lazerio pluoštų, visiškai nesvarbu, ar lazeris spinduliuos vieną tūkstantąją ar milijonąją sekundės dalį. Dažniausiai lazerio spinduliuotė reikalinga tik trumpą laiką. Trumpai tariant, mes kalbame apie tai, kad lazerio spindulys turėjo laiko sukelti norimą efektą gautame objekte, kol jis darė nepageidaujamus procesus, susijusius su objekto absorbuotos lazerio spinduliuotės energija. Pavyzdžiui, jei operacijos metu naudojant lazerio spindulį pašalinamas ligotas audinys, blyksniai truko per ilgai, tada šalia ligos esantis sveikas audinys taip pat galėjo pavojingai perkaisti. Jei skylėje deimantui gręžti naudojama ne nuolatinė lazerio spinduliuotė, o atskiros blyksnės, deimantas perkaista, ištirpsta, todėl didelė deimanto dalis išgaruoja.
 Pirmiau pateikti pavyzdžiai rodo, kad reikia naudoti tokius trumpus lazerio impulsus, kad apšvitinto objekto absorbuota energija nespėtų išsisklaidyti dėl šilumos laidumo procesų. Žinoma, tokių nepageidaujamų ir dažnai kenksmingų energijos išsklaidymo mechanizmų yra kur kas daugiau. Bendru atveju mes kalbame apie tai, kad lazerio spindulys turėjo laiko atlikti savo užduotį, kol išvardyti veiksniai jam netrukdė. Štai kodėl daugelyje prietaisų lazerio impulsai turi būti labai trumpi, o posakis „labai trumpas“ kartais reiškia nanosekundę ar net mažiau laiko.
Dabar mums tampa aišku, padiktuota būtinybės, paprasta energijos taupymo idėja, kurios pagrindu galima gauti gigantiškos galios pluoštus naudojant gana mažą energijos sąnaudą. Užuot gaminęs, tarkime, vieną džaulį energijos radiacijos pavidalu (tai yra labai mažas kiekis) sekundę arba skleidžiantis vieno vato pluoštą (1 W = 1 J / s), jis tiesiog seka tą patį kiekį energijos (vienas džaulis) skleidžiasi greičiau kaip palyginti trumpas impulsas. Kuo trumpesnis impulsas, tuo didesnė pluošto galia. Pavyzdžiui, jei radiacijos pliūpsnis trunka vieną milisekundę (vieną mikrosekundę, vieną nanosekundę), tai pluošto galia bus 1000 kartų didesnė (santykinė).
Akivaizdu, kad esant 1000 kartų didesniam energijos įnašui (1 kJ vietoj 1 J) paaiškės (kiekvienu iš minėtų atvejų), kad sija yra 1000 kartų galingesnė. Jei išmetimo (emisijos) laikas atitiktų vienos nanosekundės dydžio reikšmę, tai šiuo atveju būtų gautas vieno teravato galios pluoštas. Pavyzdžiui, objektyvas ant kūno paviršiaus sutelktas į maždaug 0,1 mm skersmens tašką, toks pluoštas suteiktų dėmesio centre neįsivaizduojamą intensyvumo vertę - nuo 10 iki 20 W / m2 galios! (Palyginimui, 100 vatų elektros lemputės šviesos intensyvumas 1 m atstumu nuo jos yra kelių dešimtųjų vatų kvadratiniame metre dydžio.)
Išlieka vienas klausimas, kuris iš pirmo žvilgsnio atrodo nekaltas: kaip sumažinti lazerio spinduliavimo laiką esant tam tikrai bendros spinduliuotės energijai? Tokia užduotis yra sudėtinga tiek fizinio, tiek techninio pobūdžio problema. Čia nesigilinsime į tokias subtilybes, nes mūsų istorijai trumpo pulso gavimo klausimas yra per daug ypatingas. Bet kokiu atveju šiandien situacija yra tokia: impulsinio lazerio šviesos spinduliavimo laikas be jokių papildomų įtaisų, kurie priverstų lazerį greičiau spinduliuoti, yra kelių mikrosekundžių (arba dešimtosios tūkstantosios a antra).
Papildomų prietaisų, kurių veikimas pagrįstas kai kuriais fiziniais reiškiniais, naudojimas padės sumažinti šį laiką iki reikšmių piksekundės tvarka. Dėl to šiandien galima gauti milžiniškus lazerio impulsus, kurių maksimali galia gali siekti net kelis šimtus teravatų.Žinoma, tokių galingų pluoštų reikia tik specialiuose įtaisuose (pavyzdžiui, norint inicijuoti termobranduolinę reakciją). Daugeliu kitų atvejų naudojami daug mažesnės galios impulsai.
Dabar užduokime svarbų klausimą: ar įmanoma pigiau ir lengviau gauti tokias intensyvias šviesos pluoštus, būtent naudojant tradicines didelės galios lempas? Tai reiškia tiek nuolat veikiančias lempas (pavyzdžiui, orlaivių atšvaitų ar filmavimo kamerų lempos), tiek blykstės lempas (pavyzdžiui, fotografuojant naudojamus žibintuvėlius).
Atsakymas priklauso nuo to, kokias sijas norėtume įgyti, arba, kitaip tariant, apie kokią galią ir kokį skirtumą mes kalbame. Jei esame neabejingi spindulio skirtumui, tai tradicinės lempos sugeba konkuruoti su lazeriais tik iki tam tikros ribos. Bet kuriuo atveju ši riba yra gerokai žemesnė už vieną teravatą. Virš šio lygio lazeris neturi konkurentų.
Žinoma, kuo mažiau besiskiriančių ir galingesnių pluoštų norime gauti, tuo žemesnė bus riba, virš kurios turėsime atsisakyti tradicinių šviesos šaltinių ir kreiptis į lazerius. Kaip jau minėta, klasikiniai šviesos šaltiniai negalėtų atitikti aukšto tikslumo reikalavimų, kurie buvo nustatyti šviesos šaltiniui, matuojant atstumą nuo Žemės iki Mėnulio. Šiame eksperimente turėjo būti naudojamas impulsinis lazeris.
Gavrilova N.V.
|
