Они встречаются не только в научных лабораториях: лазеры. Сегодня они вошли в повседневную жизнь в различных формах.

Как работает лазер?

Основу для разработки лазера предоставил Альберт Эйнштейн. Еще в 1916 году он заявил о своей идее «вынужденного излучения». Согласно его теории, материал, облучаемый энергией, генерирует легкие частицы. Только спустя годы его предположение было подтверждено и, таким образом, заложило основу для появления первых лазеров.

Термин «лазер» – это аббревиатура выражения «усиление света за счет стимулированного излучения».

За сложным названием скрывается специальный метод, с помощью которого свет генерируется и фокусируется. Лазерная техника базируется на физическом эффекте «вынужденного излучения». При бомбардировке различных материалов (например, хрома или азота) электрической энергией или светом атомы активируются и высвобождают световые частицы – фотоны. Если добавить еще больше энергии, фотоны будут сталкиваться с другими атомами в материале, которые сами будут излучать световые частицы.

Чтобы сконцентрировать полученный свет и сделать его еще более интенсивным, внутри лазерного устройства устанавливаются два зеркала. Фотоны движутся между ними, гарантируя образование все новых и новых частиц света. Одно из зеркал в лазере минимально прозрачно, так что пропускает около одного процента генерируемого света. Эта крошечная часть и является типичным видимым лучом лазера.

Лазерный свет

Лазерный луч может иметь много разных цветов. Это зависит от материала, из которого получаются световые частицы. Различные материалы (называемые средой) испускают более медленные или более быстрые вибрационные частицы. Длина вибрации отвечает за цвет света.

Поскольку все световые частицы лазера всегда колеблются в одном ритме, они имеют один и тот же цвет – луч одноцветен. Поэтому говорят о лазерах монохроматического света. Однако ритмичные колебания фотонов отвечают не только за цвет. Они также заставляют свет концентрироваться на точке и не излучаться в поперечном направлении. Благодаря этому соединению лазерный свет достигает своей огромной силы. Этим лазерный свет отличается, например, от света лампочки, излучающегося в разных направлениях.

В качестве лазерной среды подходят не только твердые вещества (например, кристаллы), но также жидкости и различные газы. В зависимости от среды лазерный свет может генерироваться в широком оптическом спектре света – от инфракрасного, видимого света, до невидимого ультрафиолетового.

Удивительно универсальный: лазерный свет

Лазер – довольно недавнее явление в истории физики. Теория «вынужденного излучения» Эйнштейна впервые была продемонстрирована в 1928 году американцем Рудольфом Ладенбургом в эксперименте.

В 1955 году советские физики Н.Басов и А.Прохоров создали предшественник лазера квантовый генератор – усилитель микроволн.

На основе разработок советских ученых и американского физика Чарльза Х.Таунса в 1960 году был создан первый функционирующий лазер. Канадский ученый Теодор Мейман в 1960 году использовал рубин в качестве среды для выпуска фотонов. Широкие возможности применения новой технологии вдохновили бесчисленное количество ученых на дальнейшее изучение явления лазера.

Сегодня лазер встречается во многих областях повседневной жизни: в супермаркете лазер передает штрих-коды продуктов в кассовый аппарат, лазеры на CD и DVD-плеерах считывают информацию об изображении, голограммы на банковских картах производятся лазерным лучом, лазерными шоу на дискотеках создается мистическая атмосфера.

Лазерные лучи подходят для бесконтактного измерения расстояний и поверхностей или для резки и сварки: ими можно резать даже металл.

Современная лазерная медицина

Одной из важнейших областей применения лазера является медицина. Уже вскоре после изобретения лазера ученые исследовали влияние лазерных лучей на живую ткань.

В 1962 году американский дерматолог Леон Голдман впервые вылечил кожное заболевание лазерным лучом. После его успеха многочисленные исследовательские группы приступили к работе над вопросом применения лазера, в частности, в нейрохирургии и урологии.

Поскольку лазер позволяет осуществлять точный контроль, он используется в основном для операций. Самая известная лазерная операция, вероятно, коррекция зрения лазерным лучом.

Другая область применения – косметика. Длины волн некоторых лазеров вызывают различные химические реакции в клетках организма. Например, пигменты в клетках кожи очень чувствительно реагируют на красный лазерный свет. Если облучить темные пигментные пятна или татуировки лазерным лучом, цветные пигменты растворяются и разлагаются в тканях. После нескольких процедур исчезают нежелательные татуировки, возрастные пятна или темные нарушения пигмента.