В океане энергии

Температура газа на выходе больше, чем температура смеси газов на входе (в свое время мы считали это обстоятельство одним из недостатков лазера). Газ, находящийся при большей температуре, обладает дополнительным запасом энергии, и этот запас может быть использован, например, для приведения в действие насоса, накачивающего газовую смесь в камеру сгорания.

Жидкие лазеры

Лазеры строят и на жидкостях — столь разнообразны средства для решения одной и той же задачи. Что надо для того, чтобы возник лазерный эффект? Система из нескольких, не менее трех, четко выраженных энергетических уровней. В жидкости атомы не закреплены на определенных местах, что не дает возможности воспользоваться методом малых примесей. В то же время они недостаточно интенсивно взаимодействуют друг с другом, чтобы можно было организовать непрерывный обмен энергией между атомами различных веществ. Как же поступают в этом случае? Очень просто. Если нельзя закрепить атом в кристалле, его можно закрепить в молекуле. Нужно только, чтобы молекула была достаточно сложной и большой.

Так и поступают. Для жидкостных лазеров используют специальные вещества, называемые хелатами. Хе-латы характеризуются своеобразным строением молекул. В каждой молекуле атом редкоземельного элемента, например европия, окружен и тем самым отделен от остальной молекулы несколькими атомами кислорода.

Атомы кислорода осуществляют связь этого своеобразного блока, состоящего из одного атома европия и нескольких атомов кислорода, с остальной молекулой. С одной стороны, молекула велика, поэтому атомы европия достаточно далеко удалены друг от друга, чтобы вносить свой вклад в общую энергетическую структуру в виде отдельных уровней. С другой стороны, одинаковость моле* кул и практическая несжимаемость жидкостей приводят к тому, что молекулярная структура жидкости, а отсюда и энергетическая структура уровней оказываются вполне регулярными. Получается искомая трехуровневая система, а дальше все происходит как в обычном лазере.

Всеми цветами радуги

Еще один класс лазеров — это лазеры на органических красителях. До сих пор в качестве одного из основных свойств лазеров и мазеров мы указывали на монохроматичность получаемого излучения. Мы даже слегка погрешили против истины, сознательно утаив от читателя, что, к примеру, газовые лазеры на смеси газов могут излучать не на одной, а на нескольких частотах. Иначе говоря, могут испускать не один, а несколько разноцветных лучей одновременно. Правда, каждый луч по-прежнему остается монохроматичным.

Одно из весьма перспективных применений световых (даже не обязательно световых, а скажем, инфракрас-них или ультрафиолетовых) лучей — это передача информации на большие расстояния. Заманчиво иметь передатчик, обладающий такими свойствами лазеров, как высокая концентрация энергии и высокая направленность светового луча, и наряду с этим допускающий возможность перехода с одной частоты на другую или плавной перестройки в пределах всего диапазона.

Можно ли совместить несовместимое? Монохроматичность, лежащую в самой основе работы лазеров (лазер использует вынужденное излучение, а вынужденное излучение получается в случае, когда направление импульса, частота и фаза излучаемого и вызвавшего излучение фотонов совпадают), с возможностью перестройки по частоте?

Оказывается, можно. Надо получить систему еще более сложную, чем трехуровневые системы. С этой целью смешаем много трехуровневых систем, для чего используем сложные молекулы, состоящие из огромного количества атомов, взаимодействующих между собой астрономическим числом способов. Если выдержаны определенные условия, о которых здесь мы не будем говорить из-за их сложности, образуется много систем, состоящих из трех энергетических уровней, и можно заставлять излучать то одну из них, то другую, помещая активное вещество между зеркалами и меняя расстояние между зеркалами, т. е. настройку резонатора. Вот и вся премудрость.

Существуют и широко используются также полупроводниковые лазеры. Ученые работают над созданием рентгеновских лазеров. Появление рентгеновского лазера открывает поистине фантастические перспективы, например, можно будет всерьез говорить о том, чтобы создать установку, позволяющую увидеть единичную молекулу или даже единичный атом.

Но существенно также и другое. Ответьте, пожалуйста, на вопрос: какое главное свойство лазера? Не будем испытывать ваше терпение. Скажем сами. Температура на поверхности Солнца имеет порядок 6 тыс. градусов, при термоядерном взрыве развивается температура 10 млн., в недрах звезд-гигантов — 100 млн. градусов. А в лучах наиболее мощных лазеров температура достигает 10 трлн. градусов (единица с 25 нулями) . Вот что позволил сделать открытый советскими учеными Н. Т. Басовым и А. Н. Прохоровым и одновременно И. Таунсом эффект. Это один из редчайших случаев, когда человеку, его науке и технике удалось во столько раз превзойти природу.