ПРОСТАЯ ТЕХНИКА, НО СЛОЖНАЯ ФИЗИКА

В популярной книге сравнительно небольшого объема нельзя рассмотреть (даже в общих чертах) все устройства, которые применяются в современной лазерной технике для управления лучом лазера. И дело здесь вовсе не в сложности конструкции самих устройств.

С этой точки зрения они как раз просты. Зато довольно сложна физика процессов, происходящих в тех или иных устройствах. Мы только что рассказывали об электрооптическом дефлекторе. Внешне он несложен: несколько каскадов, каждый из которых состоит из ячейки Поккельса и пластинки кальцита. Но, чтобы понять, что именно происходит в этих каскадах, нам пришлось углубляться в физику: говорить о двойном лучепреломлении, обыкновенном и необыкновенном лучах, их поляризациях. И при всем том сам электрооптический эффект Поккельса так и остался, по сути дела, неразъясненным.
Еще сложнее было бы рассказать об устройствах, позволяющих удваивать частоту лазерного излучения; их называют генераторами второй оптической гар-

"Конструкция" генератора второй оптической гармоники оказывается предельно простой — это нелинейный кристалл, должным образом ориентированный по отношению к лазерному лучу. Лазер 1 генерирует излучение частоты v; в нелинейном кристалле 2 рождается световой пучок частоты 2v — вторая гармоника. Показанное на рисунке небольшое поперечное смещение пучка второй гармоники происходит в действительности. Дело в том, что основное излучение (световой пучок, выходящий из лазер») является для нелинейного кристалла обыкновенным, а пучок второй гармоники — необыкновенным. Смещение этого пучка объясняется двойным лучепреломлением

моники. Внешне опять-таки всё очень просто. Генератор второй оптической гармоники - это некий кристалл, который надо определенным образом ориентировать относительно лазерного луча. Проходя через кристалл, луч лазера частично превращается в луч с удвоенной частотой. Однако если попробовать объяснить, что же именно происходит внутри упомянутого кристалла, каким образом совершается рождение луча с новой частотой, то придется рассказывать о поляризации диэлектриков, о взаимодействии световых волн, распространяющихся внутри диэлектрика, придется ввести и объяснить такие понятия, как «нелинейная восприимчивость», «нелинейный кристалл», «волновой синхронизм» и др. Короче говоря, нам пришлось бы знакомить читателя с новым направлением современной оптики -нелинейной оптикой.
Ранее мы упоминали о параметрическом генераторе света - приборе, позволяющем плавно перестраивать частоту лазерного луча. Внешне параметрический генератор света не намного сложнее генератора второй гармоники. Как и там, здесь основным элементом является нелинейный кристалл. Только теперь этот кристалл помещают в оптический резонатор и при этом предусматривают возможность легкого и плавного изменения ориентации кристалла внутри резонатора. Выходящий из лазерного резонатора луч направляют в резонатор параметрического генератора света. Там, внутри нелинейного кристалла, и со вер-
шается «таинственный» процесс рождения луча с новой частотой; слегка изменяя ориентацию кристалла, можно плавно перестраивать эту частоту. И в данном случае, чтобы объяснить хотя бы популярно, что же именно происходит в нелинейном кристалле, нам потребовались бы сведения из нелинейной оптики.

С большими затруднениями мы встретились бы и тогда, когда пожелали бы рассказать об очень интересных и важных в практическом плане вопросах корректировки волнового фронта лазерного пучка. Вполне понятно, что по мере прохождения по трассе-в атмосфере, воде, прозрачных материалах - волновой фронт пучка постепенно портится, все более искажается вследствие влияния различных неоднородностей среды. В результате ухудшается направленность луча, он «размывается» и в конечном счете довольно быстро ослабевает. Поэтому передача по лазерному лучу на большие расстояния энергии или информации оказывается затруднительной или попросту невозможной. Однако в последние годы найдена возможность корректировать, т. е. подправлять волновой фронт светового пучка. В связи с этим родилось и интенсивно развивается еще одно новое направление в оптике- адаптивная оптика. Принципы работы устройств адаптивной оптики потребовали бы отдельного и к тому же довольно обстоятельного обсуждения. Нам пришлось бы, в частности, обратиться к некоторым физическим явлениям, рассматриваемым в рамках нелинейной оптики, познакомиться с различными видами рассеяния света.
Итак, физика, физика и еще раз физика... Как мы видим, разговор о лазерной технике неизбежно сводится к обсуждению физики тех или иных явлений. В противном случае этот разговор оказался бы сугубо формальным и поверхностным. Мы учитывали это, знакомя читателя с лазером: основное внимание было уделено именно физике лазера или, точнее говоря, физике тех явлений, которые лежат в основе его работы. С самого начата мы подчеркивали: «конструктивно лазер довольно прост, зато он далеко не прост с точки зрения физики происходящих в нем процессов».
Разумеется, утверждение о технической простоте лазера, как и разнообразных лазерных устройств, не следует понимать слишком буквально. Существуют 142

весьма сложные лазерные установки. Технологические процессы, используемые в лазерной промышленности, также нельзя назвать простыми. Достаточно отметить хотя бы такие процессы, как производство лазерных и нелинейных кристаллов или изготовление зеркал оптических резонаторов. И всё же, когда мы говорим, что здесь техника проста, а сложна физика, то в этом есть свой резон. Дело в том, что для понимания принципов и особенностей работы лазерных устройств совершенно недостаточно знать их конструкцию и различные технические подробности - необходимо уверенно ориентироваться в широком круге вопросов, относящихся к физике и прежде всего к современной оптике. Хороший лазерщик должен любить и понимать физику. Это следует иметь в виду тем молодым читателям, которые хотели бы работать в области лазерной техники.
Но вернемся к вопросам управления лазерным лучом. Не будем касаться тех вопросов, физику которых не представляется возможным объяснить в данной книге. Поэтому выберем лишь одну группу вопросов - получение лазерных импульсов различной длительности и частоты повторения. Такой выбор вполне обоснован. Ведь для получения тех или иных лазерных импульсов приходится вмешиваться в сам процесс лазерной генерации - вносить внутрь резонатора лазера те или иные устройства. Естественно считать, что эти устройства являются дополнительными элементами самого лазера.

<< | >>

↑

Источник: Тарасов Л.В.. Знакомьтесь - лазеры. 1988

Еще по теме ПРОСТАЯ ТЕХНИКА, НО СЛОЖНАЯ ФИЗИКА:

- Популярная физика -