Квантовая электроника - Пирс Дж.
Скачать (прямая ссылка):
В самых первых радиотелеграфных передатчиках электромагнитные волны генерировались с помощью довольно нерегулярно происходивших искровых разрядов, каждый из которых давал краткий всплеск излучения. Получающееся таким путем электромагнитное излучение было некогерентным. Его энергия была распределена в довольно широкой полосе частот, а интенсивность беспорядочно менялась во времени. Настроив приемник на сигналы такого источника, радист воспринимал точки и тире азбуки Морзе в виде коротких и длинных всплесков шума.
Одним из величайших этапов в развитии радио был переход от искровых передатчиков некогерентного излучения к современным передатчикам, работающим на генераторах непрерывного, в высокой степени когерентного излучения. Вехами на этом пути были такие изобретения, как пульсирующая дуга Паульсена (1903), альтернатор1 Эрнста Александерсона (1907). Однако лишь после того, как в 1906 году Ли де Форест (1873— 1961) создал электронную лампу-триод, человечество получило прибор, с помощью которого генерацию, усиление и модуляцию когерентных радиосигналов можно осуществлять с замечательной легкостью и гибкостью. Именно благодаря электронной лампе стали возможными радиотелефония и телевидение.
1 Альтернаторами сначала назывались ставшие в наше время такими привычными электрические генераторы переменного тока с вращающимся якорем. — Прим. ред.
70 Но во все века от «сотворения мира» до изобретения лазера все источники света были некогерентными. Свет, посылаемый на Землю Солнцем, создается мириадами атомов, молекул и ионов, каждый из которых излучает вследствие теплового возбуждения, причем каждый независимо от других. Белый некогерентный свет — от Солнца, от пламени, от раскаленной нити электрической лампочки— всегда содержит волны в очень широкой полосе частот, соответствующие множеству различных цветов. Свет неоновых трубок, применяемых в рекламном деле, состоит из волн, частоты которых заключены в узком диапазоне вблизи частот спектральных линий неона, однако и этот свет некогерентный.
Вот почему лазер — революционное открытие, принесшее с собой нечто небывалое на Земле — когерентный свет. Свет лазера может распространяться в виде узкого пучка излучения на чрезвычайно большие расстояния в отличие от луча прожектора, довольно быстро рассеивающегося и слабеющего. Лазер дал нам возможность применить весь разнообразнейший арсенал методов радиосвязи :— модуляцию, изменение частоты, усиление — в новых: системах связи и локационных установках, использующих электромагнитное излучение чрезвычайно высоких частот оптического диапазона вместо излучения меньших частот, радиодиапазона.
Применения когерентного света
Теперь стоит очень кратко рассказать о том, что нового позволяет делать лазер. Пока он зарекомендовал себя в основном как многообещающий инструмент, имеющий лишь несколько важных применений. Его используют в некоторых оптических локационных установках ближнего действия. Применялся лазер и в глазной хирургии— для «приварки» отслоившихся участков сетчатой оболочки глаза, однако с этой целью можно использовать и другие источники света. Луч лазера может прожечь отверстие в стальном лезвии бритвы, но гораздо дешевле сделать то же самое обыкновенным сверлом. В первый период увлечения лазерами высказывалась мысль, что лазеры позволят уничтожать приближающиеся боевые ракеты, однако это предположение оказалось совершенно необоснованным. Предполагалось также, что
3*
71 с помощью лазерных лучей удастся испарять вещество и, доводя затем пары до очень высоких температур, использовать их в качестве особо эффективного «топлива» для реактивных двигателей космических летательных аппаратов. Факт высокой стабильности частоты излучаемого лазером света давал основания надеяться, что лазер поможет избирательно инициировать некоторые химические реакции. Считалось также, что лазеры найдут применение в качестве средств связи между космическими кораблями, однако очень малая угловая расходимость лучей лазеров затруднит подобную связь.
На мой взгляд, самым захватывающим является предложение применить лазер для одновременной передачи множества телефонных переговоров и телевизионных программ на большие расстояния. Такую передачу можно было бы осуществить, направив луч по подземной трубе. При этом необходимо фокусировать его с помощью последовательно расположенных линз и периодически усиливать сигнал с помощью лазерных усилителей. Конечно, прежде чем этот способ связи станет более или менее экономичным, понадобится решить множество проблем. В отличие от транзисторов, которые так быстро были использованы в разнообразнейших областях электроники и уже оказали решающее влияние на каждую из них, новые, революционные приборы — лазеры пока еще не нашли широкого практического применения. Поэтому нам, вероятно, лучше всего сосредоточить внимание на сущности и характерных особенностях действия лазеров, а применения их оставим будущему, фантастической литературе и газетным репортерам.
Свойства лазера
Мы уже отмечали, что действие лазера основывается па тех же фундаментальных явлениях и принципах, что и действие мазера, но работает лазер на частотах, грубо говоря, в 100 000 раз более высоких (или на длинах волн в 100 000 раз более коротких), чем частоты волн СВЧ-диапазона, применяемые в связи и радиолокации. Поскольку различия между мазером и лазером обусловлены главным образом именно частотами (длинами волн), целесообразно дать сводку типичных величин, характеризу-
