Лазеры: почему ими и режут, и соединяют?
Если говорить сухо и научно, то лазер — это устройство, преобразующее любой тип энергии (тепловой, световой, электрической и так далее) в энергию узконаправленного потока излучения. Этот поток необязательно светится — наоборот, излучение большинства лазеров невидимо. Зато его можно использовать в разных целях: в промышленности для лазерной резки или сварки, в военном деле и медицине, для развлекательных шоу или для освещения. Возможности лазеров почти безграничны — как бесконечно и количество их разновидностей.
Принцип лазера на удивление прост, хотя и основан на сложном физическом явлении индуцированного, или вынужденного, излучения. Суть в том, что, когда некая квантовая система — атом или молекула — переходит из возбужденного состояния в стабильное, она генерирует новый фотон. А поскольку переход этот происходит не сам по себе, а под воздействием другого фотона, становится понятно, что подобное излучение можно вызывать искусственно. Звучит все элементарно: направляем индуцирующие фотоны (энергию) на группу квантовых систем (активную среду) — и вуаля, лазер работает. Но, как нетрудно догадаться, простая теория разбивается о сложную практику, иначе лазер бы изобрели лет на 100 раньше. Итак, лазер состоит из: активной среды, источника энергии (или иначе — «системы накачки») и оптического резонатора. Резонатор нужен для того, чтобы первая «порция» вынужденного излучения вызывала последующие — как падающие костяшки домино, многократно усиливая суммарный эффект. Обычно резонатор — это два зеркала, между которыми находится активная среда, причем поверхность зеркал почти не поглощает фотоны — ну совсем чуть-чуть, не более одного на миллион.
Самый первый лазер, построенный американским физиком Теодором Майманом в 1960 году, был очень простым. Активной средой служил искусственный рубин, а источником света — импульсная лампа. Но с того момента новые лазеры изобретают практически еженедельно. В одних только 1960-х их появилось несколько десятков — физики всего мира работали методом тыка, подставляя наугад самые разные вещества в качестве активной среды, экспериментируя с резонаторами и источниками накачки. Собственно количество возможных лазеров практически бессчетно, а излучение каждого имеет собственные уникальные свойства, позволяющие использовать их в разных отраслях науки и техники. Даже классификации лазеры поддаются с трудом: с одной стороны, они делятся на три основные группы — газовые, жидкостные и твердотельные, но с другой — существует множество лазеров, не входящих ни в одну из этих групп.