|
 Jak dokazují fakta, laserový paprsek může nést dostatek energie, aby mohl provádět chirurgické zákroky, vrtat diamanty a dokonce ohřívat mikroskopické množství látky na teploty miliónů stupňů.
Kolik energie unese laserový paprsek? Závisí to na typu laseru, výkonu zdroje, který jej dodává, a také na podmínkách jeho provozu, které určují účinnost využití dodávané energie.
A pomocí CW laserů se vstupní energie nepřetržitě převádí na energii záření emitovaného laserem. Síla paprsků vyzařovaných takovými lasery se pohybuje v rozmezí od milliwattů po desítky kilowattů (stejné množství jako tisíc set wattových žárovek ve viditelném rozsahu). S těmito kilowattovými paprsky světla, správně zaostřenými, například čočkou, je možné řezat ocelový plech tlustý centimetr z kůže lodi rychlostí asi jeden centimetr za sekundu. Méně výkonné lasery se používají pro jiné účely, které nevyžadují tak silné světelné paprsky.
 Nejvýkonnější laser viděný na vlastní oči v Námořním výzkumném ústavu amerického námořnictva ve Washingtonu, DC, měl během několika sekund vyzařovat paprsek asi jeden megawatt (milion wattů nebo tisíc kilowattů). Tento laser společně s pomocnými zařízeními zabíral dvě poměrně velké laboratorní místnosti. Není zde nic zvláštního překvapivého, protože výkon jeho paprsku se rovnal výkonu asi padesáti motorů osobních automobilů střední třídy.
Z mnoha důvodů jsou však i megawatové paprsky slabé a vyžadují ještě silnější paprsky. Například „lunární“ laser měl vyslat paprsek o výkonu několika milionů wattů. Světelný paprsek po odrazu od Měsíce se vrací na Zemi silně oslabený v důsledku absorpce a rozptylu v zemské atmosféře, rozptylu na povrchu Měsíce atd. Citlivost zařízení zaznamenávajícího odražené světlo vylučuje možnost použití tradičních i nejsilnějších světelných zdrojů pro umístění Měsíce. Dostatečně intenzivní paprsek světla mohl vyprodukovat pouze laser o výkonu několika megawattů. K zahájení termonukleární reakce je zapotřebí ještě silnější laser - jeho výkon by měl být řádově nejméně několik milionů megawattů.
Vytvoření tak výkonného laseru s kontinuální vlnou je stále nereálný úkol. Takový laser by musel mít především monstrózní rozměry. Bylo by také obtížným úkolem poskytnout takovému kolosu energii a také by bylo obtížné zajistit chlazení. Účinnost laseru se obvykle pohybuje v rozmezí několika až deseti procent, takže jako záření je emitován pouze relativně malý zlomek energie dodávané do laseru. Zbytek se rozptýlí a nakonec se přemění na teplo, které musí být odstraněno z laserové instalace a podrobeno dostatečně intenzivnímu chlazení.
Laser, který nepřetržitě emitoval paprsek jednoho milionu megawattů, by spotřeboval energii generovanou současně několika tisíci středně velkých elektráren. Během provozu takového laseru by musely být miliony spotřebitelů zbaveny napájení. Možná by se to ještě dalo nějak urovnat, ale jak může být takový obr ochlazen?
Navzdory skutečnosti, že je potřeba tak silných světelných paprsků, není třeba takové cw lasery stavět.Faktem je, že ve všech aplikacích, kde je potřeba laserových paprsků s velmi vysokým výkonem, nezáleží na tom, zda bude laser vyzařovat záření po tisícinu nebo miliontinu sekundy. Nejčastěji se stává, že laserové záření je potřeba pouze na krátkou dobu. Stručně řečeno, mluvíme o skutečnosti, že laserový paprsek má čas způsobit požadovaný účinek v přijímaném objektu, než dojde k nežádoucím procesům spojeným s energií laserového záření absorbovaného objektem. Pokud například při použití laserového paprsku k odstranění nemocné tkáně během operace záblesky trvaly příliš dlouho, mohla by zdravá tkáň sousedící s nemocnou také projít nebezpečným přehřátím. Pokud se místo samostatných záblesků použije k vyvrtání díry v diamantu kontinuální laserové záření, diamant se přehřeje, roztaví se a v důsledku toho se významná část diamantu odpaří.
 Výše uvedené příklady naznačují potřebu použít takové krátké laserové pulsy, aby energie absorbovaná ozářeným objektem neměla čas se rozptýlit v důsledku procesů vedení tepla. Samozřejmě existuje mnohem více takových nežádoucích a často škodlivých mechanismů rozptylu energie. V obecném případě mluvíme o skutečnosti, že laserový paprsek má čas dokončit svůj úkol, než do něj uvedené faktory zasáhnou. To je důvod, proč v mnoha zařízeních musí být laserové impulsy velmi krátké a výraz „velmi krátký“ někdy znamená nanosekundu nebo dokonce méně času.
Nyní nám je jasné, diktováno nezbytností, jednoduchá myšlenka na úsporu energie, na jejímž základě je možné získat paprsky gigantické síly za relativně nízkou cenu energie. Místo toho, abychom na sekundu vyprodukovali řekněme jeden joule energie ve formě záření (to je velmi malé množství), nebo vydali paprsek o jednom wattu (1 W = 1 J / s), jednoduše následuje stejné množství energie (jeden joule ) emitují rychleji jako relativně krátký puls. Čím kratší je puls, tím vyšší je výkon paprsku. Pokud například výbuch záření trvá jednu milisekundu (jednu mikrosekundu, jednu nanosekundu), bude mít paprsek výkon 1000krát vyšší (relativní).
Je zřejmé, že s energetickým příspěvkem 1000krát větším (1 kJ místo 1 J) se ukáže (v každém z výše uvedených případů), že paprsek je 1000krát silnější. Pokud by doba emise (emise) dosáhla hodnoty řádově jedné nanosekundy, pak by v tomto případě byl získán paprsek o výkonu jednoho terawattu. Například zaostřený objektivem na povrchu těla do bodu o průměru asi 0,1 mm by takový paprsek dal zaostřit nepředstavitelnou hodnotu intenzity - 10 až 20 výkon W / m2! (Pro srovnání, intenzita světla 100wattové žárovky ve vzdálenosti 1 m od ní je řádově několik desetin wattu na metr čtvereční.)
Zůstává jedna otázka, na první pohled zdánlivě nevinná: jak snížit čas laserového záření při dané celkové energii paprsku? Takový úkol je složitým problémem fyzické i technické povahy. Nebudeme se zde zabývat takovými jemnostmi, protože pro náš příběh je otázka přijetí krátkého pulzu příliš zvláštní. V každém případě je dnes situace následující: doba vyzařování světla pulzním laserem bez jakýchkoli dalších zařízení, která by přinutila laser vyzařovat světlo rychleji, je řádově několik mikrosekund (nebo desetinu jedné tisíciny sekundy).
Použití dalších zařízení, jejichž provoz je založen na některých fyzikálních jevech, pomůže zkrátit tento čas na hodnoty v řádu pikosekundy. Díky tomu je dnes možné získat obří laserové pulsy, jejichž maximální výkon může dosáhnout i několika stovek terawattů.Takové silné paprsky jsou samozřejmě zapotřebí pouze ve speciálních zařízeních (například k zahájení termonukleární reakce). V mnoha dalších případech se používají pulsy mnohem nižšího výkonu.
Nyní si položme důležitou otázku: je možné získat takové intenzivní světelné paprsky levněji a snadněji, zejména pomocí tradičních vysoce výkonných žárovek? Týká se to jak lamp, které pracují v nepřetržitém režimu (například lampy letadlových reflektorů nebo filmových kamer), tak zábleskových lamp (například baterky používané ve fotografii).
Odpověď závisí na tom, jaký druh paprsků bychom chtěli získat, nebo jinými slovy, o jaké síle a o jaké divergenci mluvíme. Pokud jsme lhostejní k divergenci paprsku, pak jsou tradiční lampy schopné konkurovat laserům pouze do určité hranice. Tato hranice leží v každém případě hluboko pod jedním terawattem. Nad touto úrovní nemá laser konkurenty.
Samozřejmě čím méně se rozbíhající a silnější paprsky chceme získat, tím nižší bude hranice, nad kterou budeme muset opustit tradiční světelné zdroje a obrátit se k laserům. Jak již bylo zmíněno, klasické světelné zdroje by nebyly schopny splnit vysoké požadavky na přesnost, které byly kladeny na světelný zdroj při měření vzdálenosti od Země k Měsíci. V tomto experimentu musel být použit pulzní laser.
Gavrilova N.V.
|
