|
 Amint azt a tények bizonyítják, a lézersugár elegendő energiát képes szállítani ahhoz, hogy műtétet hajtson végre, gyémántokat fúrjon, és akár mikroszkopikus mennyiségű anyagot is felmelegítsen több millió fokos hőmérsékletre.
Mennyi energiát képes hordozni egy lézersugár? Ez függ a lézer típusától, az azt tápláló forrás teljesítményétől, valamint működési körülményeitől, amelyek meghatározzák a szállított energia felhasználásának hatékonyságát.
CW lézerekkel pedig a bemenő energia folyamatosan átalakul a lézer által kibocsátott sugárzás energiájává. Az ilyen lézerek által kibocsátott nyalábok teljesítménye a milliwattól a tíz kilowattig terjed (ugyanannyi, mint ezer száz wattos izzó bocsát ki a látható tartományban). Ezekkel a kilowattos fénysugarakkal, amelyek megfelelően fókuszálódnak, például lencsével, lehetőség van egy centiméter vastag acéllemez vágására a hajó bőréről, másodpercenként körülbelül egy centiméter sebességgel. A kevésbé erős lézereket más célokra használják, amelyek nem igényelnek ilyen erős fénysugarakat.
 A legerősebb, saját szemével látott lézer az amerikai haditengerészet haditengerészeti kutatóintézetében, Washington DC-ben állítólag másodpercek alatt kb. Egy megawatt (millió watt vagy ezer kilowatt) nyalábot bocsátott ki. Ez a lézer a segédeszközökkel együtt két meglehetősen nagy laboratóriumi helyiséget foglalt el. Nincs itt semmi különös meglepő, mivel a fénysugár ereje megegyezett a középosztályú személygépkocsik körülbelül ötven motorjának teljesítményével.
Sok célból azonban még a megawattos fénysugarak is gyengék, és még erősebb sugárzást igényelnek. Például egy "holdi" lézernek állítólag több millió wattos nyalábot kellett sugároznia. A fénysugár a Holdról való visszaverődés után visszatér a Földre, mivel az elnyelődik és szétszóródik a Föld légkörében, szétszóródik a Hold felszínén stb. A visszavert fényt rögzítő berendezés érzékenysége kizárja a hagyományos egyenletes a legerősebb fényforrások a Hold megtalálásához. Kellően intenzív fénysugár csak több megawatt teljesítményű lézert tudna biztosítani. A termonukleáris reakció elindításához még erősebb lézerre van szükség - teljesítményének legalább több millió megawatt nagyságrendűnek kell lennie.
Egy ilyen erős folyamatos hullámú lézer létrehozása még nem reális. Egy ilyen lézernek mindenekelőtt szörnyű méretekkel kell rendelkeznie. Ugyancsak nehéz feladat lenne egy ilyen kolosszust energiával ellátni, és nehéz lenne a hűtést is létrehozni. A lézer hatékonysága jellemzően néhány és tíz százalék közötti tartományban van, így a lézerbe bevitt energia csak viszonylag kis része bocsát ki sugárzásként. A maradék eloszlik, végül hővé alakul, amelyet el kell távolítani a lézerberendezésből, kellően intenzív hűtésnek téve alá.
Egy lézer, amely folyamatosan kibocsátott egymillió megawatt nyalábot, több ezer közepes méretű erőmű egyidejűleg termelt energiáját emésztette fel. Egy ilyen lézer működése során a fogyasztók millióit kellene megfosztani az áramellátástól. Talán valahogy mégis megoldható lenne, de hogyan lehet ilyen óriást hűteni?
Annak ellenére azonban, hogy szükség van ilyen erős fénysugarakra, nincs szükség ilyen cw lézerek építésére.Az a tény, hogy mindazokban az alkalmazásokban, ahol szükség van ultra nagy teljesítményű lézersugarakra, nem mindegy, hogy a lézer sugárzást ad-e ki ezred vagy egymilliomod másodperc alatt. Leggyakrabban a lézersugárzásra csak rövid ideig van szükség. Röviden, arról beszélünk, hogy a lézersugárnak van ideje a kívánt hatást kiváltani a fogadott tárgyban, mielőtt nem kívánt folyamatokról lenne szó, amelyek a tárgy által elnyelt lézersugárzás energiájához kapcsolódnak. Ha például egy műtét során lézersugárral eltávolítják a beteg szövetet, a villanások túl sokáig tartanak, akkor a betegséggel szomszédos egészséges szövet is veszélyes túlmelegedést szenvedhet. Ha folytonos lézersugárzással külön vakuk helyett lyukat fúrnak egy gyémántba, a gyémánt túlmelegszik, megolvad, és ennek eredményeként a gyémánt jelentős része elpárolog.
 A fenti példák azt mutatják, hogy ilyen rövid lézerimpulzusokat kell használni, hogy a besugárzott tárgy által elnyelt energiának ne legyen ideje eloszlani a hővezetési folyamatok miatt. Természetesen sokkal több ilyen nemkívánatos és gyakran káros energiaeloszlási mechanizmus létezik. Általános esetben arról beszélünk, hogy a lézersugárnak volt ideje elvégezni feladatát, mielőtt a felsorolt tényezők beavatkoznának. Ezért sok eszközben a lézerimpulzusoknak nagyon rövideknek kell lenniük, és a "nagyon rövid" kifejezés néha nanoszekundumot vagy még kevesebb időt jelent.
Most világossá válik számunkra, amelyet a szükséglet diktál, az energiatakarékosság egyszerű gondolata, amely alapján viszonylag alacsony energiaköltségekkel lehet óriási teljesítményű nyalábokat szerezni. Ahelyett, hogy mondjuk egy joule energiát termelne sugárzás formájában (ez nagyon kicsi mennyiség) egy másodpercig, vagy egy watt nyalábot bocsátana ki (1 W = 1 J / s), egyszerűen ugyanannyit követ energia (egy joule) gyorsabban bocsát ki, mint egy viszonylag rövid impulzus. Minél rövidebb az impulzus, annál nagyobb a sugár teljesítménye. Ha például egy sugárzás egy milliszekundumig (egy mikroszekundumig, egy nanoszekundumig) tart, akkor a nyaláb teljesítménye 1000-szer nagyobb (relatív).
Nyilvánvalóan 1000-szer nagyobb energia-hozzájárulás mellett (1 JJ helyett 1 kJ) kiderül (a fenti esetek mindegyikében), hogy a nyaláb 1000-szer erősebb. Ha az emisszió (emisszió) ideje egy nanomásodperc nagyságrendű lenne, akkor ebben az esetben egy terawatt teljesítményű nyalábot kapnánk. Például egy lencsével a test felületén egy körülbelül 0,1 mm átmérőjű foltba fókuszálva, egy ilyen gerenda fókuszban egy elképzelhetetlen intenzitási értéket adna - 10-től 20-ig a W / m2-ig! (Összehasonlításképpen: egy 100 wattos villanykörte fényerőssége 1 m távolságra tőle néhány tonna watt négyzetméterenként.)
Egy kérdés marad, amely első pillantásra ártatlannak tűnik: hogyan lehet csökkenteni a lézersugárzás idejét egy adott teljes sugárenergiánál? Az ilyen feladat mind fizikai, mind technikai jellegű összetett probléma. Itt nem fogunk ilyen finomságokba bocsátkozni, mert történetünk számára a rövid impulzus fogadásának kérdése túl különleges. Mindenesetre manapság a helyzet a következő: az impulzusos lézer által kibocsátott fénykibocsátás ideje minden további eszköz nélkül, amely a lézert gyorsabb fénykibocsátásra kényszerítené, néhány mikroszekundum nagyságrendű (vagy egy ezrelék tizede) második).
További eszközök használata, amelyek működése bizonyos fizikai jelenségeken alapul, segít ezt az időt picosekundum nagyságrendű értékekre csökkenteni. Ennek köszönhetően ma már óriási lézerimpulzusok nyerhetők, amelyek maximális teljesítménye akár több száz terawattot is elérhet.Természetesen ilyen erős nyalábokra csak speciális eszközökben van szükség (például a termonukleáris reakció elindításához). Sok más esetben sokkal kisebb teljesítményű impulzusokat használnak.
Most tegyünk fel egy fontos kérdést: lehetséges-e ilyen intenzív fénysugarakat olcsóbban és könnyebben megszerezni, mégpedig a hagyományos nagy teljesítményű lámpák segítségével? Ez vonatkozik mind a folyamatos üzemmódban működő lámpákra (például repülőgép-reflektorok vagy mozi kamerák lámpái), mind a villanólámpákra (például a fényképezéshez használt zseblámpákra).
A válasz attól függ, hogy milyen gerendákat szeretnénk megszerezni, vagy más szavakkal, milyen erővel és milyen divergenciáról beszélünk. Ha közömbösek vagyunk a sugár eltérésére, akkor a hagyományos lámpák csak egy bizonyos határig képesek versenyezni a lézerekkel. Ez a határ mindenesetre jóval egy terawatt alatt van. Ezen a szint felett a lézernek nincs versenytársa.
Természetesen minél kevésbé széttartó és erőteljesebb nyalábokat szeretnénk megszerezni, annál alacsonyabb lesz a határ, amely felett el kell hagynunk a hagyományos fényforrásokat, és lézerek felé kell fordulnunk. Mint már említettük, a klasszikus fényforrások nem lennének képesek megfelelni azoknak a nagy pontosságra vonatkozó követelményeknek, amelyeket a fényforrásra a Föld és a Hold távolságának mérésekor szabtak. Ebben a kísérletben pulzáló lézert kellett használni.
Gavrilova N.V.
|
