Как лазеры передают энергию

Физик Алексей Желтиков о нелинейной оптике, явлении самофокусировки и лазерном зондировании атмосферы.
Как лазеры передают энергию

Когда мы думаем о лазерном излучении, мы представляем себе прежде всего яркий луч. Это отражает действительность. Лазеры, в отличие от некогерентных источников излучения, таких как свет, идущий от Солнца, позволяют сформировать хорошо направленные, распространяющиеся в определенном направлении яркие лучи.

Поэтому лазерные источники так хорошо приспособлены для оптической передачи информации, для передачи сигналов, для передачи энергии. Но есть фундаментальная трудность, фундаментальный предел, ограничивающий передачу информации, сигнала с помощью лазерного излучения. Этот фундаментальный предел связан с важным физическим явлением дифракции.

Это фундаментальное явление, связанное с тем, что свет является волной: световое поле — это электромагнитное поле. Свет распространяется в виде волны. Всякий раз, когда есть пучок конечного размера (а все пучки неизбежно конечного размера, потому что наши источники конечного размера, зеркала и линзы конечного размера), всегда имеется конечное расстояние, на котором мы можем обнаружить, что размер нашего пучка увеличился. Так работает дифракция. Она сильно ограничивает дальность, на которую мы можем передавать сигнал. Если нас интересует передача больших световых интенсивностей, больших световых полей на большие расстояния, то мы обнаружим, что через некоторое расстояние интенсивность уменьшилась из-за того, что пучок увеличился, и, следовательно, энергия на единичную площадку уменьшилась. Если бы вся оптика была чисто линейной, если бы мы не могли с помощью света изменять свойства вещества, то на этом представление закончилось бы. Но так как есть область нелинейной оптики, та область, в которой благодаря большой интенсивности света изменяются оптические свойства вещества, то шоу продолжается.

Есть возможности обойти проблему и увеличить длину распространения лазерного излучения в виде хорошо коллимированного мощного лазерного пучка. Это явление было открыто в 1995 году при работе с мощными сверхкороткими лазерными импульсами, то есть при работе с лазерными источниками, которые формируют яркие и очень короткие вспышки света.

Комментарии
Комментарии