Солнечный луч

Но лазер — детище второй половины XX в.— способен на большее. Если у торцов рубинового стержня установить зеркала (или нанести непосредственно на торцы, отражающий слой серебра), поток света, усиленного в стержне, отразится от зеркала, вернется в кристалл, отразится от второго зеркала и т. д. При каждом отражении интенсивность света возрастает за счет разрядки возбужденных атомов хрома. А возбуждение последних поддерживается периодическими импульсами ксеноновой лампы, которые как бы накачивают в кристалл энергию электронного возбуждения. Отсюда и название — «лампа накачки».

Интенсивность света в такой системе могла бы возрастать очень сильно. Но перегрев стержня прекращает генерацию вынужденного излучения. Поэтому в конструкции рубинового лазера — самого распространенного типа оптических квантовых генераторов в наши дни — предусмотрены, во-первых, охлаждение стержня и, во-вторых, своевременный отвод лучистой энергии. Одно из торцевых зеркал делается полупрозрачным, и когда лихорадочно (со скоростью света!) мечущийся внутри стержня от торца к торцу поток излучения достигает гигантской плотности, он вырывается наружу в виде мгновенного (длительностью в тысячные доли секунды) всплеска излучения невиданной яркости.

Рубиновый лазер генерирует излучение в красной области спектра с длиной волны 6943 А (небольшая часть излучения приходится на волну 6929 А). В энергию лазерного импульса преобразуется лишь небольшая часть энергии, излучаемой лампой накачки. Иными словами, коэффициент полезного действия рубинового лазера невелик — около 1%. Но это сравнительно небольшое количество лучистой энергии (мощность современных рубиновых лазеров колеблется от 1—2 до нескольких сот ватт) концентрируется прежде всего в пространстве — в узкий, практически не расходящийся пучок, а также во времени — в короткий импульс излучения. Если лазер генерирует лучистую энергию мощностью 1 Вт (т. е. 1 Дж. в секунду) [Джоуль равен 107 эрг.] и импульсы излучения продолжительностью в 0,001 сек следуют друг за другом с интервалом в 1 сек, то во время каждого импульса концентрация энергии в пучке достигает 1000 Дж. Особенности лазерного излучения, прежде всего его монохроматичность и когерентность, облегчают задачу концентрирования пучка в пятно ничтожного диаметра. Расчеты показывают, что предел концентрации — размер, соответствующий половине длины .волны света, т. е. для рубинового лазера минимальный возможный диаметр пятна — 0,2 мкм. Практически достигнутый предел — несколько меньше 1 мкм.

При такой фокусировке светового луча плотность энергии на единицу площади еще более фантастически возрастает, достигая совершенно невероятных величин, не осуществимых никаким иным способом. Но и это еще не предел — мощность лазерных установок непрерывно возрастает. Кроме того, есть еще один резерв — уменьшение длительности каждого отдельного импульса.

В обычном рубиновом лазере полупрозрачное зеркало препятствует слишком раннему разряду; световой импульс вырывается наружу лишь после достижения какой-то критической плотности светового потока. Если затвор на выходе из кристалла сделать более плотным, концентрацию световой энергии можно еще более увеличить. Но зато и импульс прервется раньше — так что особого выигрыша получить не удастся. Очевидно, выход состоит в том, чтобы сделать затвор переменной плотности: когда световой поток внутри кристалла достигнет предельной плотности, достаточно «раскрыть шлюз», и разрядка даст гигантский импульс еще невиданной концентрации.

Такие лазеры (с переменной, или модулированной добротностью) уже созданы. Общее количество излучаемой энергии в них не увеличивается; возрастает лишь ее концентрация во времени за счет сокращения длительности импульса до 10^-12 сек и даже ниже. С помощью лазеров такого типа удается, например, достичь температуры 1—2 млн. градусов и выше — задача, совершенно неосуществимая большинством других способов. Правда, это повышение температуры невообразимо кратковременно и совершается в ничтожном объеме вещества. Но это уже реальность сегодняшнего дня, перед которой меркнут не только зеркала Архимеда, но и пламя самых мощных дуговых печей.

Лазерный луч находит себе применение в опытных установках термоядерной энергетики — с его помощью особенно удобно в кратчайшее время поднять температуру плазмы до предела, за которым становится возможным и энергетически выгодным слияние легких ядер. Можно предполагать, что когда использование термоядерной энергии станет реальностью и из стен лабораторий выйдет на простор промышленной энергетики, лазер займет достойное место в качестве одной из важнейших деталей процесса. Но это лишь одно из бесчисленных реальных применений искусственного Солнца.

...и невозможное становится возможным