Як влаштований лазер
Описані фізичні ідеї дозволили радянським академікам Н. Г. Басову, А. М. Прохорову і американському фізику Ч. Таунсу в 1954 році, використовуючи порушені молекули аміаку, розробити «мазер» - потужний випромінювач радіохвиль. Ця видатна наукова робота була заслужено відзначена Нобелівською премією з фізики.
А що, якщо подібним же чином, змінивши склад газу, створити і лазер - джерело оптичного випромінювання? Для цього різницю між спокійним і збудженим станом газових молекул за кількістю збереженої енергії повинно бути в точності так само енергії квантів видимого і невидимого світу. А для того, щоб лазер випромінював безперервно, а не короткими, хоча і сильними спалахами, необхідно весь час перекидати електрони з нижнього рівня на верхній. Вчені ніяк не могли придумати, як це зробити.
Досвідчені докази квантових переходів усередині атома, як і розгадка фотоефекту, дозволили всім скептикам, в тому числі і самому Планку, упевнитися в реальному існуванні частинок випромінювання. Висновок закону випромінювання ні простий грою в формули.
Макс Планк написав в своїх біографічних нотатках, що нові ідеї в науці найчастіше перемагають тому, що поступово вмирають захисники старих. Квантові погляди самого Планка прийшли в фізику, на щастя, не настільки сумним і тривалим шляхом.
Лазерним променем приварюють найтонші проводки до електронних схемам.Лазери беруть участь в операціях, вирізаючи пошкоджені судини і ділянки шкіри.
Всі обчислення, зроблені за формулою Планка, розрахунки енергії квантів або фотонів різних довжин хвиль з високим ступенем точності збіглися з експериментом. Наприклад, коли квантами певної енергії опромінювали атом, для якого було відомо енергетичне відстань між збудженим і збудженому станом електрона, електрон завжди слухняно перескакував з однієї орбіти на іншу, заздалегідь теоретично передбачену.
Ймовірно, саме ця обставина і навело вчених на думку: краще за всіх впорається з завданням постійної «перекидання» повернулися електронів знову з нижнього рівня на верхній ... світло, що випромінюється самим лазером. Просто треба випускати з лазера не весь світ - невелика його кількість необхідно повернути назад в кристал для повторного порушення електронів.
У 60-х роках нашого століття були створені лазери з різних матеріалів: з кристалів рубіна з домішкою атомів хрому, зі скла з добавками рідкісноземельних елементів, лазери газові, рідинні, напівпровідникові, хімічні.
Зовні будь лазер влаштований дуже просто. Наприклад, кристал-стрижень з рубіна звичайно оточений трубчастими лампами-спалахами. Іноді лампа-спалах виготовляється у вигляді спіралі і надівається на довгий кристал, нагадуючи змію, обвиває тростину дресирувальника. З обох торців кристала ставлять два дзеркала: одне суцільне, інше напівпрозоре.
Слабкий світло випромінює лазер в перші миті. Після багаторазових відображень між дзеркалами починає порушуватися все більше атомів всередині кристала. Процес нагадує лавину в горах, і через долі секунди стрімкий потік червоного світла виривається крізь напівпрозоре дзеркало. Частина світла лазера продовжує розгойдуватися між дзеркалами, підтримуючи безперервну роботу «світловий гармати».
Веселий фантазер барон Мюнхгаузен літав верхом на гарматних ядрах і стверджував, що жителі Місяця воюють один з одним, сидячи на трехглавих гусей. Скільки вигадок подарував би нам Мюнхгаузен, якби він хоч раз заглянув в сучасний оптичний телескоп!
Це порівняння не випадково. Промені світла, що випускаються лазером, не тільки володіють великою енергією і здатністю легко свердлити отвори в стали, пробивати бетонні стіни і зварювати тугоплавкі матеріали. Ці промені строго паралельні один одному і мало розходяться в сторони після подолання дуже великих відстаней. Саме тому промені лазера були обрані для світлового пострілу по Місяцю ...
Якщо на Місяць послати пучок радіохвиль за допомогою, наприклад, радіотелескопу в м Пущино під Москвою, виконаного у вигляді дзеркальної чаші діаметром 22 метри, то на поверхню природного супутника Землі потрапить лише невелика частина сигналу. Пучок радіохвиль, пробігши в космосі 300 тисяч кілометрів, розпливається в пляма з поперечником в 30 тисяч кілометрів, що набагато перевищує розмір Місяця! Лазер, що випускає невидимі інфрачервоні хвилі, «освітить» на Місяці коло діаметром 2-3 кілометри, а лазерний джерело видимих променів утворює пляма ще меншого розміру.
Завдяки цим експериментам відстань від Землі до Місяця відомо з точністю до 10 метрів! Проходженню променів з наземних установок в космос заважає повітряна атмосфера, і вчені задумали встановити лазери на супутниках Землі.
Для вимірювання відстані між Землею і Місяцем радянські і французькі інженери використовували саме лазерні промені. Та й барон Мюнхгаузен, якби він жив у наш час, безсумнівно, вибрав би для подорожі на Місяць і для розвідувальних польотів в табір ворога легкий і точний промінь лазера ...