Применение лазерного излучения

Сейчас лазеры получили широкое применение в науке, технике, быту. Возникла новая область физики - нелинейная оптика, в которой изучается взаимодействие мощного лазерного излучения с различными веществами. За счет высокой при лазерном излучении напряженности электрического поля, превышающей напряженность внутриатомных электрических полей, происходят изменения в электронной оболочке атомов и возникает ряд новых явлений. Некотороые из них кратко перечислены ниже.

Лазерный луч может проникать через вещества, непрозрачные для обычного света. При этом возможно явление самофокусировки. Иногда наблюдается увеличение частоты лазерного излучения в два-три раза, если оно проходит через некоторые вещества, например, инфракрасное излучение становится зеленым, частота которого в два раза выше. Такое явление называют генерацией гармоник (второй, третьей и т. д.). Оно объясняется тем, что при взаимодействии лазерного излучения с атомами вещества возможно объединение двух, трех и более квантов в один. При удвоении частоты КПД достигает 100%. Возможен и обратный процесс: деление кванта на два новых, причем сумма энергий и сумма частот полученных двух квантов равна энергии и частоте исходного кванта. Обе новые частоты можно изменять, но сумма их остается постоянной.

Лазерное излучение способно управлять движением атомов. Взаимодействие лазерного излучения с атомами вещества вызывает появление в спектре этого вещества новых линий, по которым можно судить о некоторых, ранее неизвестных свойствах вещества (нелинейная лазерная спектроскопия).

Важная область применения лазерного излучения - связь. Для лазерной связи характерна высокая направленность и огромный диапозон частот, позволяющий разместить практически неограниченное число передач различных видов информации. Посредством лазерного луча можно передавать одновременно десятки тысяч телевизионных программ или десятки миллионов телефонных переговоров. Конечно, для наземной связи лазерным лучом создаются помехи в виде различных капельных образований в атмосфере (дождь, туман, снег). Например, в густом тумане связь возможна лишь на сотни метров. Таких препятствий нет в космосе, где возможна связь на огромные расстояния. На земле лазерная связь без помех осуществляется по световодам. Они представляют собой кабели из специального стекла или прозрачной пластмассы. Эти вещества обладают высокой прозрачностью и вызывают очень малое затухание лазерного луча. Световоды ценны тем, что позволяют экономить цветные металлы, из которых делаются обычные кабели, и имеют массу во много раз меньше, чем у металлических кабелей.

Кроме устройств связи лазерное излучение используется в локаторах, которые имеют более высокую точность, нежели радиолокаторы. Лазерные лучи применяются для точных геодезических измерений, для сварки и резки различных материалов, в том числе сверхтвердых. Возможно пробивание лазерным лучом отверстий. Все эти операции производятся с высокой точностью. Поэтому лазерная обработка материалов успешно применяется в технологии изготовления микросхем. Лазерное излучение может также оказывать существенное влияние на химические реакции.

На использовании лазерного излучения основана голография - область науки и техники, занимающаяся получением объемных изображений, а также оптической обработкой информации и её хранением. Методы голографии позволяют хранить гигантские объемы информации на небольших носителях. Лазерные методы используются также для высококачественной звукозаписи и видеозаписи.

Исключительно важно применение лазерного излучения в медицине и биологии. С помощью лазерного луча делаются сложные глазные операции. Излучение мощного лазера используется в хирургии в качестве скальпеля. Здесь важна абсолютная стерильность лазерного луча и его способность прижигать разрезы мелких кровеносных сосудов, чтобы остановить кровотечение.

Взаимодействие лазерного излучения с клетками живых организмов внимательно изучают ученые разных стран. Сверхкороткие импульсы лазерного излучения дают возможность исследовать различные процессы очень малой длительности в клетках. Например, можно изучать процесс фотосинтеза в растениях, т. е. преобразование солнечной энергии в химическую, процесс зрительного восприятия у человека, детали строения и функционирования молекул ДНК (которая, как известно, недавно была полностю расшифрована), обуславливающих явления наследственности. Области применения лазерного излучения непрерывно расширяются.