В. Жуков - Физика в бою

Как видно, для квантовой электроники характерно чрезвычайно стремительное развитие. Если вчера о квантовых устройствах говорили в порядке предположений, то теперь некоторые из них уже существуют. Несомненно, дальнейшее использование квантовых генераторов станет важным шагом в развитии многих отраслей военной техники.

Триста лет назад был произведен чрезвычайно простой эксперимент, последствия которого сейчас трудно переоценить. В 1666 г. Исаак Ньютон пропустил солнечный луч через призму и установил, что белый видимый свет неоднороден — он разлагался в спектр, игравший всеми цветами радуги. В 1800 г. английский астроном Вильям Гершель, открывший планету Уран, исследовал с помощью обычного ртутного термометра распределение энергии в солнечном спектре. Продвигая термометр от фиолетовой части спектра к красной, Гершель увидел, что столбик ртути поднимается все выше и выше. Вот термометр уже на самом краю солнечного спектра. Он освещен красными лучами и показывает максимальную температуру. Больше передвигать его некуда: спектр солнца обрывается, за красным концом — темнота…

Но Гершель продвинул термометр дальше, за красный участок, в темноту. Теперь ртуть ничем не освещалась. Можно было предположить, что термометр начнет остывать и ртутный столбик поползет вниз. Но что это? Столбик ртути повел себя, по меньшей мере, странно. Он не только не пошел вниз, но, наоборот, медленно пополз вверх, показывая, что какие-то лучи, не видимые простым глазом, продолжают нагревать его. Оказалось, что солнце испускает не только видимые глазом лучи, но и еще какие-то, на которые человеческий глаз не реагирует. Их назвали инфракрасными, т. е. лежащими за красным концом солнечного спектра.

Позже было установлено, что инфракрасные лучи отличаются от видимых только большей длиной волны. Принято считать, что видимый диапазон спектра лежит в пределах длин волн от 0,38 до 0,78 мк (1 мк = 0,001 мм). Глаз человека как бы выхватывает из всего многообразия электромагнитных колебаний именно этот участок спектра.

До каких же длин волн простирается инфракрасный спектр? На выяснение этого вопроса ушло еще более ста лет. С изобретением радио ученые начали штурмовать инфракрасный участок спектра не только с той стороны, где он соприкасается с видимыми лучами, но и с другой— со стороны радиоволн. Оказалось, что четкой границы между инфракрасными лучами и радиоволнами не существует: трудно заметить, где кончается один участок и начинается другой. Видимый диапазон спектра человек выделил субъективно, применительно к одному из своих органов чувств — глазу. Установить же границу между инфракрасным спектром и радиоволнами не удалось. Этим и объясняется тот факт, что в современной технической литературе нет единообразия в указании длинноволновой границы инфракрасного спектра. Называют числа 340, 350, 420 и даже 1 тыс. мк.

Условно считается, что инфракрасный диапазон спектра простирается от 0,78 до 340 мк. Практически же из всего инфракрасного спектра освоен лишь участок примерно от 0,78 до 200 мк. Более длинноволновое излучение используется в специальных научных исследованиях.

Сделаем вывод: инфракрасные лучи представляют собой электромагнитные колебания определенных длин волн; они распространяются, отражаются, поляризуются и интерферируют (взаимно усиливаются или ослабляются при их наложении друг на друга) точно так же, по тем же самым законам, что и электромагнитные колебания других диапазонов.

Как же получать, генерировать (создавать) инфракрасные лучи? Каждое тело, нагреваясь, начинает испускать все больше и больше видимых лучей. Кусок стали, например, при слабом нагреве светится вишневым светом, потом, по мере повышения температуры, его свечение становится оранжевым, желтым и, наконец, ослепительно бело-желтым, таким ярким, что глазам больно. Но нагретый предмет — мощный источник не только световых, но и инфракрасных лучей. Общая мощность излучения для реальных источников примерно пропорциональна их абсолютной температуре в четвертой степени. Напомним, что абсолютная температура в градусах Кельвина больше температуры в градусах Цельсия примерно на 273°. Выходит, что если увеличить абсолютную температуру источника в три раза, мощность его излучения возрастет в 81 раз, а при увеличении абсолютной температуры в 5 раз мощность излучения возрастет в 625 раз. Этот закон излучения нагретого тела применим с некоторыми поправками ко многим материалам и реальным объектам.