По информации «Большой российской энциклопедии», слово «лазер» (laser) — это аббревиатура от английского словосочетания «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation», что означает «усиление света вынужденным излучением».
Что такое лазер?
Лазером называют источник когерентного (согласованный, упорядоченный во времени или пространстве — прим. ред.) электромагнитного излучения высокой направленности. Проще говоря, лазер способен создавать крайне концентрированные пучки световой энергии, прекрасно локализованные как в пространстве, так и во времени. Лучи, производимые лазером, могут перемещаться на большие расстояния и обладают силой, способной прорезать даже алмаз — самый твердый природный материал в мире. Лазеры могут работать в импульсном и непрерывном режимах, меняя мощность. В настоящее время создано большое количество лазеров с различными характеристиками — газовых, твердотельных, полупроводниковых, излучающих свет в различных оптических диапазонах.
Кто изобрел лазер?
В 1917 году Альберт Эйнштейн сформулировал теорию вынужденного (или индуцированного) излучения, ставшую спустя несколько десятилетий основой для создания лазера. В своих трудах ученый предположил, что можно «заставить» электроны излучать свет определенной длины волны одновременно, но для этого нужно придумать некий управляемый электромагнитный излучатель.
За создание такого прибора взялся профессор Колумбийского университета Чарльз Таунс. В 1954 году он представил миру первый реально работающий лазер. Только тогда он назывался «мазер» — от английского Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что в переводе означает «усиление микроволн посредством вынужденного излучения». Пройдет некоторое время, и физики решат, что эффективнее увеличивать в квантовых генераторах не мазер — микроволны, а лазер — свет, то есть волны видимого диапазона. Так «мазер» заменят на «лазер», а в аббревиатуре «М» на «L».
В 1960 году первый лазер создает американский физик Теодор Майман (это был импульсный рубиновый лазер, который состоял из кристалла рубина с посеребренными торцами, а также лампы-вспышки), а примерно через год, 2 июня 1961 года, первый лазер был запущен в СССР на базе Государственного оптического института (ГОИ). И уже в 1963 году советским ученым удалось провести первую в мире передачу телевизионного сигнала по лучу гелий-неонового лазера через атмосферу.
А вот начало новому научному направлению — квантовой электронике, в том числе лазерной физике, было положено работами Александра Прохорова, Николая Басова (СССР) и Чарльза Таунса (США), которые в 1964 году были удостоены Нобелевской премии.
В чем заключается принцип работы лазера?
Такой концентрированный и крайне однородный поток света лазер выдает благодаря так называемому вынужденному (индуцированному) световому излучению (подсказка в названии — «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation»). Суть его заключается в следующем: когда атом находится в обычном состоянии (условно спокойном), в него выстреливают фотоном, который переводит атом в возбужденное состояние. То есть принцип действия вынужденного излучения заключается в том, чтобы перевести атомы из основного состояния в возбужденное. Однако для эффекта лазера этого мало. То самое вынужденное излучение происходит тогда, когда в уже возбужденный атом в специальной среде врезается еще один фотон, заряженный определенной энергией. И тогда атом не поглощает фотон, а медленно высвобождает запасенную энергию и порождает идентичный фотон с такой же энергией, который в него только что врезался (проще говоря, клонирует его). Когда возбужденных атомов множество, врезаясь в них, фотон многократно увеличивается, образуя нечто подобное световой «лавине», летящей в одном и том же направлении. Таким образом происходит усиление света.
Как лазерное излучение возникает?
Лазерное излучение возникает как результат преобразования различных видов энергии: световой, электрической, химической и др.
Где применяют лазеры?
Использование лазеров в современном мире настолько широко и повседневно, что мы порой не задумываемся об этом. Например, если говорить о каких-то бытовых вещах, то лазер используется в устройствах считывания штриховых кодов или в лазерных принтерах и указках. В силу уникальных свойств лазеры разной мощности также используются:
- в медицине (лазерная хирургия, офтальмология, диагностика);
- косметологии (удаление татуировок, пилинг, эпиляция и т. д.);
- в промышленности (лазерная обработка, резка, сварка и закалка разных материалов);
- в научных исследованиях и разработках (в самых различных областях);
- в астрономии (создание искусственных звезд или «путеводных звезд», которые становятся относительно стабильными точками в космосе, в астрономических телескопах);
- в метрологии и измерительной технике (лазерные дальномеры, измерение давления, температуры, скорости потоков жидкостей и газов и т. д.);
- в военных целях (создание лазерного стрелкового оружия, лазерное наведение и обнаружение цели и т. д.).