В океане энергии

И все же на сегодня наибольшая мощность да еще в режиме непрерывного действия достигнута именно у газовых лазеров. Как это делается? Используется не один, а смесь двух газов, например азота и углекислого газа. С помощью накачки молекулы азота переводятся в возбужденное состояние. Накачка может быть любой, в частности оптической, но по многим соображениям удобнее всего использовать для накачки электрический разряд в газе.

Далее вводится в действие такой механизм. Молекулы азота возбуждаются и переводятся на один из самых высоких энергетических уровней. Все эти уровни близки (чуть выше) к одному из метастабильных уровней молекул углекислого газа. Молекулы азота и углекислого газа взаимодействуют между собой, в результате происходит обмен энергиями и большое количество молекул углекислого газа оказывается на метастабилыюм уровне» Возникает инверсия населенностей, а дальше все уже

известно.

Лазерное горючее

Рассказывая о конструкции газового лазера, мы использовали слова «отработавший газ». Здесь напрашивается тесная аналогия с сжиганием топлива. Газовая смесь, находящаяся в состоянии активного вещества, обладает определенным запасом энергии. В процессе вынужденного излучения топливо «сгорает», иначе говоря, избыток энергии преобразуется в излучение. В результате сгорания, кроме излучения, получается и отработавшее, лишенное избытка энергии вещество, так сказать, выхлоп, который и выводится за пределы рабочего объема.

Есть только одно отличие. Исходный избыток энергии несет в себе не само вещество, как, например, бензино-воздушная смесь в автомобильном двигателе. Избыток энергии создается искусственно в результате накачки. Наверное, стоит обратить внимание на одну важную подробность. Инверсия населенностей в активном газе происходит постольку, поскольку существует метаста-бильное состояние. Если активный газ предоставить самому себе, очень скоро, в данном случае это тысячные доли секунды и даже меньше, произойдет самопроизвольное распределение по энергетическим уровням.

При этом не обязательно в том или ином виде выделяется энергия. Вся энергия, полученная газом при накачке, может сохраниться. Просто при самопроизвольных переходах выделяются фотоны, эти фотоны тут же поглощаются другими атомами, меняя их энергетические состояния. Средняя энергия, приходящаяся на один атом, останется той же, изменяются распределения атомов по энергии, но вещество перестает быть активным. Как говорят «калиф на час», точно так же активный газ можно назвать горючим на миллисекунду.

Химические лазеры

Само слово «горючее», точнее, связанные с ним ассоциации, слишком заманчиво для того, чтобы так уж сразу отказаться от попыток продолжить намечающуюся здесь аналогию. Что такое химическая реакция? Точнее, что происходит, когда из двух или более атомов образуется молекула? Образуется новый набор энергетических уровней и новый набор электронных конфигураций.