Татьяна Тихоплав - Научно-эзотерические основы мироздания. Жить, чтобы знать. Книга 1

При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается один фотон. При поглощении фотона атом переходит на более высокий энергетический уровень, то есть возбуждается, а излучая энергию, возвращается в основное состояние. При этом процесс поглощения квантов является вынужденным, а излучение – самопроизвольным. Но самопроизвольные (спонтанные) переходы атомов с более высокого энергетического уровня на более низкий носят случайный характер.

Однако еще в 1917 году Альберт Эйнштейн предположил, что можно заставить (вынудить) атом перейти с высокого на более низкий уровень энергии. Это предположение оказалось пророческим. Действительно, если на возбужденный атом воздействовать фотоном, обладающим такой же энергией, что и атом, то атом перейдет в невозбужденное состояние. При этом он излучит новый фотон с точно такими же характеристиками, как у воздействующего на него фотона. Именно эта особенность реализована в принципе работы лазеров.

Квант световой энергии, воздействуя на возбужденный атом рабочей среды, заставляет его излучить такой же квант энергии, что приводит к усилению светового потока. Лазер включает в себя активную (рабочую) среду, которая может быть твердой, жидкой, газообразной и даже плазмой. Например, твердотельный рубиновый лазер или газовый гелий-неоновый лазер и т. д.

Для усиления потока света необходимо, чтобы возбужденных атомов, излучающих фотоны, было как можно больше. Однако в состоянии термодинамического равновесия это условие не выполняется, поэтому активную среду выводят из состояния равновесия с помощью источника энергии, который называется системой накачки.

Системы накачки выбираются в зависимости от типа активной среды; они могут быть оптические, электрические, химические. Например, для гелий-неоновой активной среды в качестве системы накачки используют электрический разряд.

С целью повышения воздействий на возбужденные атомы активная среда лазера помещается в оптический резонатор. В простейшем случае он представляет собой два зеркала, одно из которых полупрозрачное – через него луч лазера частично выходит из резонатора. Отражаясь от зеркал, пучок излучения многократно проходит по резонатору, воздействует на возбужденные атомы и заставляет излучать фотоны.

Схема лазера: 1 – активная среда; 2 – энергия накачки лазера; 3 – непрозрачное зеркало; 4 – полупрозрачное зеркало; 5 – лазерный луч

Поскольку фотон светового потока, встречая на своем пути возбужденный атом, выбивает из него фотон с точно такими же характеристиками, то число одинаковых фотонов удваивается. Вновь образовавшийся фотон в свою очередь способен генерировать еще один фотон, выбивая его из другого возбужденного атома. Далее эти два фотона выбьют еще два, после чего их будет четыре, и т. д. Процесс нарастает практически мгновенно и лавинообразно. Первая волна излучения, дойдя до отражающей поверхности резонатора, повернет обратно и вызовет дальнейшее увеличение числа индуцированных переходов и интенсивности излучения.

При ограниченной мощности накачки лазер работает как лампа, ибо излучения отдельных атомов не согласованы друг с другом и излучают цуги волн длиной в несколько метров. Их излучения имеют случайные направления распространения.

Однако при некотором критическом значении мощности накачки все атомы вдруг начинают дружно (когерентно [13] Когерентность – согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов, проявляющееся при их сложении. ) излучать фотоны в направлении, параллельном оптической оси резонатора. Возникает согласованное, кооперативное излучение волн, находящихся в одной фазе, и длина цугов возрастает до 109 метров. Происходит переход от режима лампового излучения к лазерному режиму.

Многократное прохождение образованной световой волны между торцовыми стенками резонатора без какого-либо существенного отклонения от оси стержня обеспечивает когерентному лазерному лучу строгую направленность и огромную выходную мощность. Лазер – это замечательный пример самоорганизации и переход хаоса в порядок.

В 70-е годы прошлого столетия немецкий физик Фриц Альберт Попп обнаружил подобный процесс самоорганизации в биологическом организме. С позиций современной квантовой физики Попп показал, что излучения биологических объектов как растительного, так и животного происхождения отличаются высокой когерентностью в диапазоне крайне высоких частот (в КВЧ-диапазоне) от ближнего ультрафиолетового до ближнего инфракрасного диапазонов. Поразительно, но когерентность биоизлучений оказалась значительно выше когерентности луча современного лазера [4].