Lazerių margumynas
Pateiktoje lentelėje (10 pav.) skaitytojas
gali rasti visas pagrindines šiandien žinomas lazerių rūšis. Ten pat surašytos
aktyviosios lazerių medžiagos ir įvairūs kaupinimo būdai. Pastaruoju metu
dažniausiai naudojami dujų (He-Ne, argono, anglies dioksido), skysčių
(organinių dažų) ir kietojo kūno (neodimio stiklo, granato su neodimiu,
rubino, puslaidininkių) lazeriai. Spinduliuojamos bangos ilgis priklauso nuo
atstumo tarp aktyviosios medžiagos atomų ar molekulių darbinių"
energijos lygmenų ir gali būti nuo 0,1 iki 200 mikrometrų, t. y. nuo
vakuuminės ultravioletinės iki tolimosios infraraudonosios srities. Lazeriai
gali spinduliuoti itin trumpus šviesos impulsus, kurių trukmė matuojama femtosekundėmis
(1 fs = 10-15 s). Praktikoje plačiai taikomi ir mažos galios (10^3
VV) dujų lazeriai, ir galingi (103 106 W) kietojo kūno
lazeriai. Specialiems fizikiniams tyrimams yra sukurtos lazerių sistemos,
kurių galia siekia 1014 1015 W. Lazerio spindulys
nepaprastai mažos skėsties, todėl jį galima lęšiais sufokusuoti j mažutėlį
(10 4 cm2) plotą ir pasiekti intensyvumą 10171018
W/cm2. Tokios stiprios šviesos praktiškai neatlaiko jokia medžiaga
per pikosekundės (10-12 s) dalis ji išgaruoja ir virsta plazma. 11
paveikslo schemoje apytiksliai parodyta, kokie reiškiniai vyksta veikiant
įvairaus intensyvumo šviesai. Įdomiausia sritis, kai intensyvumas didesnis
kaip 1020 W/cm2 (šiuo metu jau pasiekta 1021
W/cm2). Čia šviesa turėtų sąveikauti su elementariosiomis branduolio
dalelėmis. Teoriškai įrodyta, kad 1027 W/cm2 intensyvumo
šviesos neatlaikytų net vakuumas įvyktų išlydis", šviesa virstų medžiagos
dalelėmis.
Tarp įvairiausios paskirties lazerių
ypatingą vietą užima keičiamo bangos ilgio lazeriai. Lazerio spinduliuojamos
šviesos spalva priklauso nuo to, iš kokio aukščio krinta elektronas, šokdamas
iš vieno lygmens į kitą. Kadangi atomo energijos lygmenys griežtai apibrėžti,
tai ir lazeris spinduliuoja tik tam tikro bangos ilgio (spalvos) šviesą. 1965
m. S. Achmanovui, R. Chochlovui ir šių eilučių autoriui kartu su amerikiečių
fizikais Dž. A. Džordmeinu (J. A. Giordmaine) ir R. C. Milerių (R.
C. Miller) pavyko sukurti naują lazerį, kurio spinduliuojamos šviesos spalvą
galima tolydžiai keisti. Toks prietaisas buvo pavadintas parametriniu šviesos
generatoriumi ir dabar plačiai taikomas praktikoje. Parametriniu šis
spinduolis vadinamas dėl to, kad, kaupinimo šviesos bangai periodiškai
kaitaliojant (moduliuojant) skaidraus kristalo lūžio rodiklį, stiprinama tam
tikro dažnio banga. Bangos ilgis derinamas sukant aktyvųjį kristalą arba
keičiant jo temperatūrą. Tiesa, rasta ir kitų būdų lazerių šviesos spalvai
tolydžiai keisti, bet parametriniai lazeriai itin gerai veikia infraraudonojo
spektro srityje. Nemažas Lietuvos fizikų indėlis kuriant parametrinius
lazerius. Jų sukurti spinduoliai yra ne tik tolydžiai keičiamo šviesos bangos
ilgio, bet ir generuoja nepaprastai trumpus (100 fs ir mažesnės trukmės)
impulsus.
Pastaruoju metu fizikai atakuoja naują
bangų ilgių sritį kuria Rentgeno ir gama spindulių lazerius. Iš tikrųjų
trumpiausio bangos ilgio (t. y. apie 400 Å) koherentinė spinduliuotė anksčiau
buvo žadinama keičiant ultravioletinę arba infraraudonąją lazerinę spinduliuote
dujų mišiniuose. Tačiau tokiu būdu sukelta spinduliuote yra mažos galios ir
nepasiekia labai trumpų bangų srities. Todėl fizikai ieško būdų, kaip
tiesiogiai sužadinti Rentgeno arba γ spinduliuote (priminsime, kad Rentgeno
spindulių ilgis yra nuo dešimčių iki dešimtųjų angstremo dalių, o γ spindulių
šimtosios ir tūkstantosios angstremo dalys). Jei atomai ar branduoliai
spinduliuoja Rentgento ir γ kvantus, tai jų sužadintų būsenų gyvavimo trukmė
labai maža. Todėl norint sukaupti daug sužadintų atomų ar branduolių, reikia
labai galingos kaupiančiosios spinduliuotės. Pirmą kartą galingas lazerinis
Rentgeno spindulys blykstelėjo 1981 m. požeminio branduolinio sprogimo
epicentre. Sprogimo sužadinta nekoherentinė Rentgeno spinduliuote kaupino
metalų lydinio strypus, kuriuose ir buvo sužadinta lazerinė spinduliuote. Jos
galia siekė 1013 W. Suprantama, šis lazeris veikė tik kartą.
Fizikai suka galvas, kaip tokį branduolinį sprogimą sukelti uždarame tūryje ir
valdyti taip, kad Rentgeno lazeris galėtų veikti daug kartų nesuirdamas, γ
lazeris dar nesukurtas. Ieškoma tokių branduolių, kurie ilgai gyvuotų sužadinti
metastabiliose energinėse būsenose, taigi nereikėtų didelės kaupinimo galios.
Visiškai aišku, kad, sukūrus Rentgeno ir γ lazerius, atomo bei branduolio
fizikoje įvyks ne mažesnis perversmas, kaip ir sukūrus elementariųjų dalelių
greitintuvus.
Viena jauniausių fizikos sričių, kurios
audringą plėtrą skatina lazeriai, yra labai sparčių vyksmų atomuose ir molekulėse
tyrimai.