Цифровой журнал «Компьютерра» № 35

- Основная проблема, с которой сталкивается каждый из нас – это выбрать главные задачи, которые необходимо выполнить. Потому как сделать все действительно нельзя. Я намечаю для себя на сезон три-четыре большие долгосрочные задачи, а также обычно на каждую неделю планирую несколько более мелких, но важных и конкретных дел. И стараюсь делать их в первую очередь, исходя из принципа, что более мелкие и менее значительные дела заполнят остальное время самостоятельно, по мере своей значимости.

К оглавлению

Профессор Николай Винокуров о лазере на свободных электронах Алла Аршинова

ОпубликованоАлла Аршинова

Хотя разновидностей лазеров очень много, до недавнего времени не существовало мощного регулируемого лазера, который работал бы в субмиллиметровом диапазоне длин волн. Теперь такая установка есть — это новосибирский лазер на свободных электронах (ЛСЭ). Его технические возможности столь непривычны ученым, что не все и не сразу понимают, как с ним работать. Еще бы, ведь это — самый мощный в мире генератор когерентного субмиллиметрового излучения.

О том, почему российский ЛСЭ действительно лучший, рассказывает один из его создателей — заведующий лабораторией Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН), доктор физико-математических наук, профессор, лауреат Государственной премии Российской Федерации за 2009 год в области науки и техники "За достижения в области разработки и создания лазеров на свободных электронах" и обладатель множества наград Николай Винокуров

- Николай Александрович, чем отличается ЛСЭ от обычных лазеров? Что для них является рабочим телом?

- Типов лазеров много. Все они используют явление вынужденного излучения. Есть спонтанное излучение: в старинном гелий-неоновом лазере был газовый разряд, и атомы светились. Если посмотреть сбоку на трубку, то было видно, что она светится красноватым светом.

Вынужденное излучение — это когерентная часть излучения, которая появляется в результате синхронизации (фазировки) излучателей. Это явление приводит к усилению волны в излучающей среде и к появлению когерентного излучения между зеркалами лазера. Так вот, ЛСЭ — это те лазеры, которые используют эффект вынужденного ондуляторного излучения, то есть такого, которое излучает электрон, когда проходит через специальную периодическую магнитную систему — ондулятор.

А почему он излучает? Потому что когда электрон движется по непрямолинейной траектории в ондуляторе, он ускорен, а всякий заряд, движущийся с ускорением, излучает. ЛСЭ — это ондулятор и электронный пучок, из которых можно делать разные комбинации.

ЛСЭ отличаются от других лазеров двумя особенностями. Во-первых, они могут обеспечивать любую, наперед заданную, длину волны от 1 миллиметра до 1Å, в отличие от остальных лазеров, которые могут, как правило, генерировать излучения в довольно узком диапазоне длин волн. Здесь же мы видим, что этот диапазон длин волн от 1 мм до 1 Å составляет 7 порядков. Кроме того, можно относительно быстро перестраивать длину волны излучения на десятки процентов.

Еще одно отличие заключается в том, что средняя мощность ЛСЭ может быть довольно высокой. Американцы продемонстрировали мощность 14 киловатт, и это, конечно, рекорд для ЛСЭ, хотя лазеры других типов могут быть более мощными. Но электронный пучок, который ЛСЭ использует как рабочее тело, может быть гораздо более мощным.

Поскольку сильных ограничений на мощность нет, есть проекты ЛСЭ на мощности в сотни киловатт. Они могут быть интересны для технологических применений, потому что для производства нужна большая мощность, так как от этого зависит производительность. Более того, существуют и другие проекты, например, подсветка (энергоснабжение) спутников.

- А какие есть ограничения на мощность у обычных лазеров?

- У многих лазеров ограничение мощности определяется тем, что после того, как рабочая среда отдает часть энергии, ее нужно заменить на другую. Например, ее можно прокачивать через рабочий объем лазера.

В ЛСЭ скорость прокачки — это скорость света, а значит, она самая высокая, какая может быть. Поэтому и мощность ЛСЭ потенциально — самая большая.

Кроме того, рабочим телом ЛСЭ является электронный пучок, который летит в магнитном поле, и так как в некотором смысле это вакуум, то ток пучка может быть довольно большим. В других лазерах, как правило, есть среда, в среде обычно бывают паразитные потери, которые ее греют, это и ограничивает среднюю мощность таких лазеров.

В рабочей среде ЛСЭ нет лишних примесей, есть только электроны, которые излучают. То есть электронный пучок, который выполняет в ЛСЭ роль среды, идеально для этого подходит.