Що таке лазер
Повідомлення про одному зі спільних французько-радянських космічних експериментів викликало у Новомосковсктелей газет почуття захоплення і ... безліч питань.
На радянському космічному апараті, що опустився на Місяць, було встановлено дзеркало особливої форми і конструкції, виготовлене у Франції. Лазер повинен був послати з Землі промінь світла, який, відбившись від дзеркала і повернувшись на Землю, дозволив би вченим з великою точністю виміряти відстань до Місяця. Судячи по знімках, французьке дзеркало-відбивач мало дуже скромні розміри, не більше півметра в діаметрі.
Що ж це за чудодійний прилад - лазер, що володіє такою снайперською точністю?
Слово «лазер» утворене з початкових букв довгої фрази англійською мовою, що означає в дослівному перекладі: «посилення світла за допомогою вимушеного випромінювання».
Мудрість і захоплення гармонією світобудови володіли А.Ейнштейном, який довів, зокрема, можливість створення лазерів.
Вчені давно звертали увагу на явище самовільного випускання світла атомами, що відбувається завдяки тому, що збуджений будь-яким способом електрон знову повертається з верхніх електронних оболонок атома на нижні. Недарма явище хімічної, біологічної і світловий люмінесценції, викликане такими переходами, здавна приваблювало дослідників своєю красою і незвичністю. Але світло люмінесценції дуже слабкий і розсіяний, Місяця йому не досягти ...
Кожен атом при люмінесценції випускає свій світ в різний час, не узгоджене з атомами-сусідами. В результаті виникає хаотичне спалахову випромінювання. У атомів немає свого диригента!
У 1917 році Альберт Ейнштейн в одній зі статей теоретично показав, що узгодити спалаху випромінювання окремих атомів між собою дозволило б ... зовнішнє електромагнітне випромінювання. Воно може змусити електрони різних атомів тимчасово злетіти на однаково високі збуджені уровні.Етому ж випромінювання неважко зіграти роль і спускового гачка при «світловому пострілі»: спрямоване на кристал, воно може викликати одночасне повернення на вихідні орбіти відразу декількох десятків тисяч порушених електронів, що буде супроводжуватися могутньою сліпуче яскравим спалахом світла, світла практично однієї довжини хвилі, або, як кажуть фізики, монохроматичного світла.
Робота Ейнштейна була майже забута фізиками: дослідження з вивчення будови атома займали тоді всіх значно більше.
Перед нами перша сторінка рукописи головної праці Ейнштейна - теорії відносності.
У 1939 році молодий радянський вчений, нині професор і дійсний член Академії педагогічних наук В. А. Фабрикант повернувся до введеного Ейнштейном в фізику поняття вимушеного випромінювання. Дослідження Валентина Олександровича Фабриканта заклали міцний фундамент для створення лазера. Ще кілька років інтенсивних досліджень в спокійній мирній обстановці, і лазер був би створений.
А якщо природу обдурити якимось хитромудрим способом? Наприклад, підібрати молекулу або атом з двома порушеними рівнями і одним нижнім, з якого будуть «вичерпувати» електрони?
Сильним збудженням - інтенсивним світлом, потужним електричним полем, потоком заряджених частинок - можна змусити електрони з нижнього спокійного положення перестрибнути на самий верхній рівень - свого роду перевалочний пункт.
Для отримання потужного джерела когерентного світла необхідно, щоб на верхніх рівнях електронів було більше, ніж на нижніх. Природа завжди прагне зробити навпаки - адже нижні стану більш стійкі і володіють меншою потенційною енергією. Це властивість довів ще в минулому столітті чудовий австрійський фізик Больцман. За виведеному їм математичному закону розподілу на верхніх енергетичних рівнях частинок завжди має бути менше, ніж на нижніх.
Винайдено лазери самих різних типів і конструкцій, в тому числі і такі, в яких електрони в кристалі розгойдує потужне світло, а не електричний струм.
Зазвичай електрони не здатні тривалий час перебувати в збудженому стані, вони швидко переходять на колишнє місце. Але тут, в трирівневої системи, які повертаються електронам підготовлена близька майданчик для м'якого «приземлення» - другий збуджений рівень, на якому електрони можуть перебувати досить довго (по атомних масштабах). У всякому разі, час їх життя на нижньому збудженому рівні може в десятки тисяч разів перевищувати тривалість життя в самому верхньому положенні!
Таким оригінальним способом можна створити так звану «інверсію заселеність», коли на верхніх рівнях (всупереч законам природи, справедливим для умов теплового рівноваги!) Буде більше електронів, ніж на нижніх.
Залишається, здається, лише небагато - включити змушує випромінювання, яке змусить електрони по команді спуститися вниз - і новий, сліпуче яскравий джерело світла отримано!