» » Первая особенность лазера: направленность светового пучка
14.08.2018



Под направленностью лазерного пучка понимается его свойство выходить из лазера в виде светового луча с чрезвычайно малой расходимостью. Само по себе это свойство не является таким уж необычным: известно немало устройств, испускающих излучение в виде направленного пучка, например самолетные прожекторы или автомобильные фары. Однако в таких устройствах направленность пучка является достоинством не самого источника, который испускает излучение во всех направлениях, а собирающего зеркала или линзы, играющих роль концентратора пучка. При таком способе формирования направленных пучков значительная часть света, испускаемого источником, теряется.

Лазер же испускает пучок света с минимальной расходимостью без помощи каких-либо дополнительных оптических приспособлений, можно сказать, сам по себе. Весь свет при этом распространяется в пучке, в других направлениях практически ничего не уходит. А использование дополнительных фокусирующих элементов позволяет еще более уменьшить расходимость лазерного пучка либо сфокусировать его в виде маленького пятнышка на поверхности освещаемого объекта.

Расходимость лазерного пучка, или угол между его крайними лучами, есть величина порядка миллирадиана. Пучок с такой расходимостью - это почти параллельный пучок. С помощью специальных приемов расходимость лазерного пучка можно еще существенно (в сто раз) снизить. Человеку несведущему такие оценки мало что говорят, поэтому приведем для объяснения простой пример.

Явление эха известно, пожалуй, каждому. Сущность его состоит в том, что в определенных условиях звук, отражаясь от преграды, возвращается к тому месту, из которого он вышел. Очевидно, что время, которое проходит от момента посылки сигнала до момента его возвращения, зависит от расстояния между преградой и источником.

Если знать скорость звука и измерять время его запаздывания, можно определить расстояние от источника до определяемой преграды. По такому принципу работают все устройства, которые используются для точного измерения морских глубин или расстояния от корабля, который находится на поверхности, до дна , от которого отражается акустический сигнал, а также устройство с лазерной системой, использованной в конце прошлого века для точного определения расстояния от Земли до Луны (отличие состояло лишь в том, что вместо звука применялся свет).

Для этой дели был использован специально разработанный американской фирмой «Корад Дипартмент» под руководством У. Дж. Рандла лазер, идея создания которого принадлежит А. А. Вайлстику. Сеансы лазерной связи Земля - Луна - Земля продолжались на протяжении четырех лет. Исследования проводились в астрономической лаборатории Макдональда в штате Техас (США) на высоте 2030 метров над уровнем моря под руководством Силверберга. Было получено много научных данных, выполнено много измерений расстояния от Земли до Луны в различные моменты времени с точностью до двух десятков сантиметров. Средняя удаленность спутника нашей планеты составляет примерно 384 000 км, причем относительная точность измерений достигала несколько стомиллионных долей процента!

Достижение такой небывалой точности стало возможным, в частности, и потому, что световой пучок, излучаемый лазером, имел чрезвычайно малую расходимость. О том, насколько узконаправленным был использованный в этом эксперименте пучок, свидетельствует то обстоятельство, что на поверхности ближайшего к нам естественного спутника Земли пятно, создаваемое лазером, имело размер чуть меньше... 3 км! Ни один рефлектор классического типа не в состоянии обеспечить создание на Луне пятна такого размера, а большее пятно радикально уменьшило бы точность измерения, не говоря уже о том, что само измерение в этом случае было бы неосуществимо.