ТЕХНОМАГИЯ. ЛАЗЕРНАЯ ЭРА. Часть 6



Автор - @sergeymironenko


Часть 1, Часть 2, Часть 3, Часть 4, Часть 5


Если вы думаете, что поступление в аспирантуру прямиком вело к занятиям наукой, то немного ошибаетесь. В общем и целом – да, но далеко не сразу, и уж точно не на первом курсе. Потому что на пути к цели, хоть уже и не было трёх прошлых потенциальных барьеров, но вязкой сопротивляющейся и замедляющей кинетической движение средой стали некоторые другие занятия…

Через тернии – к квантам

Аспирантура – тоже учёба, только предметов меньше. В учебном плане их было всего два: английский язык и философия. Но малое число названий с лихвой восполнялось количеством учебных часов. Философия отнимала 8 часов в неделю, английский и того больше – три занятия по две пары, всего двенадцать. С учётом некоторых обстоятельств последняя цифра напрягала весьма неслабо.

О чём речь?

Накануне экзамена по английскому нужно было назвать журнал для письменного перевода. На слуху у выпускника провинциального ВУЗа был только один – знаменитый "Physical Review". На вопрос какую часть выбрать – "А" или "В", я пожал плечами и ответил: "Какая разница, давайте "А". А сам решил сходить в библиотеку Академии наук, хотя бы глянуть на эти журналы.

Стеллажи в читальном зале стояли, что не удивительно, по алфавиту, на первом из них выделялись не очень толстые журналы в ярко-красной обложке. – О, "Applied Physics Letters", как интересно! – подумал новичок, отсчитал, как показалось, 2500 знаков и сел за перевод со словарём.

Справился за 50 минут, обрадовался и спокойно уехал домой – до экзамена была ещё неделя.

А через неделю стало грустно. Кто-нибудь знает, что такое Phys. Rev. part A?

Вот и я не думал, что это – теоретическая физика. Содержание предложенной статьи и по-русски было не понять, и как переводить, когда не знаешь смысла, а синонимов в словаре полно? К тому же объём оказался на четверть больше, чем ожидалось.

В общем, "влип очкарик" основательно и последние слова, когда лист уже забирали из рук, писал, не думая: transparent = транспарант, brilliant = бриллиант, silicon = силикон и т.п.

Спасло от провала то, что зачитывать перевод пришлось последним. Примерно к середине текста, уставшие от бесед с предшественниками, экзаменаторы начали переглядываться и улыбаться, затем засмеялись, а когда услышали про транспаранты – смех перешёл в гомерический хохот.

Переведя дух и вытерев слёзы, председатель комиссии спросил:

– Молодой человек, какая отметка у вас по специальности?

– Пятёрка, – ответил я с тихой гордостью и смутной надеждой.

– Хорошо, тогда переходите ко второму вопросу.

В итоге мне поставили "три пишем – два в уме", но, как выяснилось потом, вместо "начинающей" группы, в которой готовили к сдаче кандидатского минимума полтора года, зачислили в "продвинутую", полугодичную с теми самыми шестью парами в неделю. Коллегами по группе оказались три уже работающих в академии мэнээса, и первый месяц я вообще постоянно переспрашивал, что это они так бодро обсуждают с преподавателем. Подготовка к занятиям занимала едва ли не больше времени, чем сами учебные часы: объёмы заданий были внушительными и со временем возрастали. Через три месяца нужно было бегло переводить любой отрывок из заданного на неделю текста объёмом в миллион знаков.

Философия напрягала меньше, да и во многом повторяла уже пройдённое в институте, но сэкономить время не удавалось: сачковать с занятий нам категорически не рекомендовали, ведь впереди – кандидатский минимум.

Теперь вы понимаете, что времени на работу в лаборатории оставалось мало, и уходило оно в основном на подготовку установки для новых экспериментов. Знакомство с рубиновым лазером продолжилось на новом уровне.

Читатель, возможно, помнит разговор о светлячках, которые одновременно прыгают с полочки. А сейчас мы поговорим об атомах в кристалле.

"Полочка" (возбуждённое состояние, метастабильный уровень) у каждого атома своя, и попадает он туда, поглотив квант света – фотон от лампы накачки. Спрыгивая с "полочки", каждый атом излучает новый фотон. Двигаясь в кристалле, этот фотон взаимодействует с другими атомами, находящимися в возбуждённом состоянии, вызывая их переходы вниз, в основное состояние с испусканием новых фотонов, и этот процесс нарастает лавинообразно. Такое инициированное излучение называется вынужденным, в отличие от самопроизвольного – спонтанного, которое обусловлено коротким временем нахождения в возбуждённом состоянии.

Очевидно, что интенсивность вынужденного излучения будет тем больше, чем больший путь проходят фотоны в кристалле, а самый длинный путь – вдоль стержня. И его можно сделать многократно длиннее, используя отражение от зеркал, что мы с вами уже видели на схеме в одной из предыдущих частей.

Но очевидно и другое: лавины вынужденного излучения в такой конструкции лазера будут образовываться случайным образом в течение почти всего времени работы лампы накачки, а точнее, в течение времени, когда интенсивность её излучения позволяет забросить на "полочку" больше атомов, чем их остаётся внизу, иначе говоря – достаточно для создания так называемой инверсной заселённости. Поскольку время вспышки лампы в большинстве случаев составляет сотни микросекунд, такого же порядка будет и длительность лазерного импульса, а образование множества лавин приведёт к тому, что в течение этого времени интенсивность излучения будет сильно изменяться.

Говорят, что такой лазер работает в режиме свободной генерации. Картина изменения интенсивности в таком режиме носит "пичковый" характер и на экране осциллографа выглядит так:



Здесь плавная кривая отображает интенсивность импульсной лампы, а хаотически расположенные на ней пички – интенсивность лазерного излучения.

Однако, такой режим в силу его хаотичности мало подходит, скажем, для исследования тонких эффектов при взаимодействии мощного лазерного излучения с веществом, поэтому в своё время встала задача: как из многих неупорядоченных и относительно слабых пичков, растянутых во времени, сделать один импульс, собрав в него всю излучаемую энергию?

Для этого нужно вспомнить, что пички свободной генерации вызываются спонтанными фотонами, распространяющимися вдоль оси между зеркалами резонатора и вызывающими вынужденное излучение возбуждённых атомов.

Значит, чтобы пичков не было, а количество возбуждённых накачкой атомов нарастало, нужно запретить фотонам гулять вдоль оси резонатора до момента, когда инверсная населённость максимальна, а потом дать отмашку "На старт!" Тогда все они соберутся в один импульс, называемый "гигантским" или моноимпульсом. Такой способ получения моноимпульса называется модуляцией добротности.

Как это сделать?

Очевидный приём – поставить в резонаторе непрозрачную шторку с приводом, например, электромагнитом, который убирает её в нужный момент.

Однако, вспомним, что характерные времена развития генерации – около одной десятитысячной секунды, и поймём, что такая механика на это быстродействие не способна.

Более реальный "механический" способ – вращение одного из зеркал резонатора вокруг перпендикулярной оси. При этом генерация будет возникать только в момент, когда зеркала параллельны.



Вместо зеркала в реальных устройствах используют призму, которая не требует юстировки в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения: луч, попавший в неё, отражается обратно параллельно себе самому:



Но более эффективным является способ получения моноимпульса, основанный на управляемом вращении плоскости поляризации излучения.

Для этого в резонатор вводят два дополнительных элемента.

Один из них (электрооптический затвор) при подаче запирающего электрического напряжения разворачивает плоскость поляризации, а другой (поляризатор) подобно повёрнутому зеркалу на нашем рисунке выше, обеспечивает выброс излучения с развёрнутой плоскостью поляризации из резонатора (потери):



При быстром сбросе напряжения с затвора потери резко уменьшаются, и возникает гигантский импульс. Длительность импульса в такой схеме значительно меньше, чем в механической, и сокращение может достигать десятков тысяч раз.



Все эти премудрости по ходу сборки моноимпульсного рубинового лазера и пришлось постигать свежеиспечённому аспиранту параллельно с изучением английского и философии. А впереди явственно вырисовывалась перспектива надеть погоны…

Продолжение следует...

Автор: @sergeymironenko
Редакция и публикация: @lubuschka
Дизайн: @sxiii

10.08.19

Торговая платформа Pokupo.ru


Голосуйте за вашего делегата,
вдохновителя авторов
и мУчителя новичков
@ladyzarulem здесь


О рубрике: Любители полезных и модных штучек будут в курсе всех новостей! Больше гаджетов, хороших и разных! Нашли что-то интересное в сети? Заказали на Алишке? Поделитесь - мы такие любопытные.



Comments 7


@liga.avtorov благодарит автора @sergeymironenko за интересный рассказ и полезную информацию!

10.08.2019 05:54
0

@liga.avtorov, благодарю за поддержку и публикацию!

12.08.2019 05:20
0

Интересно) Хотя можно было научную часть и экзамен поделить на 2 статьи)

10.08.2019 10:38
0

@charodei, Благодарю! Вы правы, и такая мысль была, но части были бы мелковаты )

12.08.2019 05:21
0