Нелинейная оптика
Сергей Иванович Вавилов еще в 1926 году экспериментально обнаружил одно из явлений, с изучения которого начался новый раздел науки — нелинейная оптика.
Направляя на темные стекла импульсы интенсивных потоков света, Вавилов и его сотрудники доказали на опыте, что при определенной, довольно большой освещенности стекло поглощает свет значительно слабее, чем при обычных световых потоках. В таком состоянии большинство электронов уже переведено на верхние возбужденные уровни и стекло «не принимает» больше света!
Открытие лазеров позволило ученым продолжить опыты Вавилова. Советские ученые сначала предсказали, а затем и подтвердили на опыте явление самоканализации и самофокусировки лазерных лучей.
Ярко горят торцы тончайших стеклянных волокон,освещенных с противоположной стороны.
В определенных жидких и твердых телах (сероуглерод, некоторые сорта стекол) прохождение луча лазера приводит к увеличению показателя преломления вдоль его пути. Стекло или жидкость вокруг лазерного луча сохраняют показатель преломления на прежнем, более низком уровне. Лазерный луч образует тем самым световод — ведь для него граница сред с высоким и низким показателем преломления обладает почти стопроцентным отражением, как в волоконных стеклонитях. Луч сам себя запер внутри стекла и в то же время сделал свою дорогу беспрепятственно гладкой…
В последнее время удалось значительно увеличить и мощность лазеров, особенно в импульсном режиме. Для этого с одного торца лазера, за полупрозрачным зеркалом, ставят вращающуюся призму с полным обратным отражением лучей. Призма на несколько мгновений запирает свет внутри лазера, и излучение быстро «набирает силу». Призму чуть поворачивают в сторону — и освобожденный луч большой мощности с радостью вырывается наружу.
Световые волокна и кабели могут быть проложены высоко в горах, только время от времени необходимо проверять надежность их соединения, тем более, что число их возможных сочетаний друг с другом столь же велико, как количество ходов в знаменитом кубике Рубика.
В конце 70-х годов, используя подобные усовершенствования, ученые получили лазеры, которые способны вырабатывать короткие импульсы света мощностью 1012 ватт, что было равно мощности всех электростанций США в то время!
Конечно, мимо удивительных возможностей лазерной техники и голографии не могли пройти и… художники. В содружестве с физиками они стали, например, создавать лазерные системы, рисующие на экране или прямо в воздухе прихотливые узоры из необычайно насыщенных красок.
Помню, как в Будапеште во время совместной работы с венгерскими физиками в Центральном институте физических исследований мы не могли во второй половине дня найти одного из наших коллег — заведующего отделом оптики доктора Норберта Кроо. Через несколько дней он нам признался: «Мы составляем программу для художественных лазерных систем. В бывшем королевском дворце, в огромном зале, в сочетании с музыкой лазерная живопись должна произвести замечательное впечатление! Приглашаю всех на открытие зала лазерной цветомузыки».
На следующий день, если бы не помощь доктора Кроо, мы не смогли бы пройти через большую толпу любознательных зрителей, стремящихся познакомиться с новым удивительным видом искусства.
Жгуты световых волокон могут изгибаться как змеи, но свет от закрытой красным светофильтром настольной лампы пройдет по ним беспрепятственно. Световые волокна с помощью лучей лазера уже сейчас передают звуки голоса.
Достижения физики XX века никого не оставляют равнодушным, в том числе самих физиков. Ученые не перестают размышлять не только над отдельными научными проблемами, но и делают постоянные попытки объединить все открытые до сих пор явления в единую стройную картину строения материи. Альберт Эйнштейн, например, часто предлагал ввести общее понятие поля, которое в виде особых состояний включало бы вещества, имеющие четкие границы, и безвоздушное пространство, частицы-кванты энергии и электромагнитные волны.
«То, что действует на наши чувства в виде вещества, есть на деле огромная концентрация энергии в сравнительно малом пространстве. Мы могли бы рассматривать вещество, как такие области в пространстве, где поле чрезвычайно сильно. В нашей новой физике не было бы места и для поля и для вещества, поскольку единственной реальностью было бы поле… Но до сих пор мы не имели успеха в последовательном выполнении этой программы»,— и нам слышится голос А. Эйнштейна, произносящего слова из книги «Эволюция физики», написанной им совместно с многолетним другом и коллегой Л. Инфельдом. О постоянном поиске исследователей Природы, об их сомнениях и о непрерывном стремлении к истине говорят страницы этой классической книги. Вот небольшой отрывок из нее: «Фундаментальные проблемы еще стоят перед нами. Мы знаем, что все вещество состоит из частиц немногих видов. Как различные формы вещества построены из этих элементарных частиц? Как эти элементарные частицы взаимодействуют с полем?»
Бесконечно и безгранично человеческое стремление к истине…
Источник: Марк Колтун “Мир физики“.
