Мало кто задумывается о том, что в основе работы уже привычного нам лазера лежит очень интересный физический эффект. В учебнике физики старших классов хоть и упоминается о принципе действия этого прибора, но формулировки очень запутаны. Давайте в простой форме разберем основную суть физического эффекта, благодаря которому и возможно существование лазера.
Свет в качестве лазера
Лазер - это свет. Но ведь почему-то свет от солнца не обжигает нас и не отрезает что-то от чего-то в обычном его состоянии. Или карманный фонарик не может никого подстрелить, как это бывает в фантастических фильмах.
Значит, лазер - это не просто свет. Это свет определенного типа и с некоторыми особенными характеристиками.
Возьмем собирающую линзу, сфокусируем лучик света от солнца и таким образом сможем выжигать весной на скамейке разные картинки. С физической точки зрения мы взяли много солнечных лучей, которые физики условно рисуют прямыми со стрелочками, и направили их все в одну точку, где получили максимальную силу воздействия. Это концентрированный поток энергии.
Вот и лазер научным языком называют концентрированным потоком энергии. Это подразумевает, что с потоком света провели некоторые усовершенствования.
Но для того, чтобы получить концентрированный поток энергии нужна хоть какая-то энергия. Откуда же её столько взять?
Существующие источники света не могут её сгенерировать в нужном количестве. Мы можем сделать, разве что фонарик.
Многим известен случай, когда древний ученый установил линзу на горе и, подобрав правильный угол, поджег вражеские паруса посредством фокусировки на них солнечного света. Способ не самый плохой, но и не особенно технологичный.
Физический принцип работы лазера
С лазерами всё получилось интереснее. Вместо солнца было предложено использовать специальные механизмы, которые умеют накапливать энергию от минимального источника и потом отдавать её. Появились твердотельные лазеры и газоразрядные. Физический смысл от этого не меняется. Что твердотельный, что газоразрядный лазеры копят энергию и отдают её. Для накопления нужна некоторая активная среда.
Активная среда - это вещество, способное активно возбуждаться при попадании на него минимального количества света. Поскольку дело происходит в некотором замкнутом объеме, то эту активную среду можно накачивать энергией, как камеру колеса мы накачиваем насосом.
Среда представлена или твёрдым телом, типа YAG (алюмоиттриевый гранат), или специальным газом (скажем, аргоном).
Попадая в пространство с активной средой, лучик света не просто рассеивается в нем или не просто пронизывает камеру насквозь, а передаёт некоторый импульс окружающим его частичкам. Те частички не поглощают эту энергию и не гасят её полностью, а начинают сами передавать её от одной к другой. Выглядит всё примерно как драка на панк-концерте. Один ударил другого, затем другой соседнего и так и пошло. Всё перерастает в большую драку со всеми, где участвуют все.
Если рассмотреть такую драку с позиции науки о материалах, это означает, что каждая частица в камере накачки (так называют пространство с активной средой) приобрела приличную кинетическую энергию и будет передавать её другим. Так происходит до достижения некоторого значения, которое определяется расчётным путём. Энергия копится не за один раз, а за несколько импульсных воздействий простым источником света.
Затем, накачанный объем открывается и частички вылетают оттуда со скоростью света и подобно злым пчёлам, которых долго не выпускали из улья. Энергия накоплена огромная. Этот световой луч проходит через систему линз, фокусируется и уже имеет приличную мощность для того, чтобы резать металл или любое другое тело.
Фишка лазера в том, что мы можем воздействовать на активную среду лазера световым излучением, мощностью 10 Лм, а на выходе получить все 1000 Лм (значения выбраны произвольно). Подобная логика используется и в современных мощных светодиодных фонариках. Их работа основана на понятии люминесценция. Это способность вещества испускать большое количество света благодаря незначительному возбуждению энергии его частиц. В итоге можно изготовить очень яркий фонарь практически без расхода энергии для его возбуждения.
------------
Обязательно оцените статью лайком, напишите комментарий и подпишитесь на проект! Это очень важно для развития канала.
-------------
Советую также прочитать на нашем канале:
-----
