Сибирские Огни, 1978, № 4

ВОЗЬМИТЕ КРАСНЫЕ ЛУЧИ 131 некоторой избыточной энергией. Этот атом — не простои, он отличается от своих равновеликих собратьев, он, как говорят физики, является возбужденным. Теперь представим себе, что некий атом пришел в возбужденное состояние, и ему до зарезу необходимо избавиться от избы­ точной энергии. Путь к этому один — излу­ чение, способов — два. Первый способ вы­ глядит как спонтанное, то бишь самопро­ извольное, излучение без всяких внешних причин. Поскольку возбужденные атомы неустойчивы, каждый из них может испу­ стить квант излучения. Этот способ— не самый выгодный для исследователя, ибо здесь излучение нерегулярно, более то­ го— хаотично. Кстати, все обычные источ­ ники света, вроде ламп накаливания или газоразрядных ламп, основаны ' именно на спонтанном свете. Такой свет идет к нам и от Солнца. Другой способ — управляемое излуче­ ние, когда атом отдает энергию не сам по себе, а под воздействием излучения, при­ шедшего из другого атома. Тут можно го­ ворить о двух участниках действия, двух квантах. Один приходит извне и вызывает вторрй. Вот это и есть индуцированное из­ лучение. Что интересно, квант-папашу и квант-сынка невозможно различить, по­ скольку вторичные кванты полностью и с абсолютной точностью повторяют частоту и направление движения первичных кван­ тов. Как раз это свойство и следует при­ знать основополагающим, если иметь в виду квантовую электронику. Значит, речь идет об особом способе передачи света, в котором и заключены принципиальные моменты нового явления. Здесь мы имеем дело с конкретным — упорядоченным в пространстве и времени — излучением, ко­ торое выглядит в реальности, как остро­ направленный луч, не обладающий способ­ ностью рассеиваться. Этот луч и является, говоря на языке электроники, направлен­ ным пучком волн. Мы делаем лазер Устройство лазера не отличается слож­ ностью. Это легко увидеть на примере га­ зового лазера, которым пользуются в ла­ боратории Коронкевича. Давайте предста­ вим на минуту, что нам предложено его изготовить. Что потребуется для этого? Стеклянная трубка. Такая же, как те, из которых делают светящуюся неоновую рек­ ламу. Гелий и неон. Электрические провода. Пара полупрозрачных зеркал. Вот и все исходные материалы. Лазер состоит из «активного вещества» и резонатора. Активное вещество в нашем случае — смесь гелия с неоном. Резонато­ рами ж е являются зеркала и несущие их металлические стержни. Давайте для начала запаяем стеклянную трубку. 9* Затем откачаем из нее воздух. Потом наполним газом — одна часть ге­ лия на десять частей неона. Впаяем в прозрачные торцы трубки электроды — анод и катод. Как говорят специалисты, приложим к электродам электрическое поле. Проще го­ воря, через специальный блок питания включим трубку, наполненную газом, в ро­ зетку электросети. Смесь газа засветится точно так же, как светится неоновым пла­ менем ночная реклама. Ничего удивитель­ ного — и там, и здесь мы имеем де?ю с электрическим полем и с возбужденными атомами газа. Но на этой стадии наша светящаяся труб­ ка еще не годится для получения лазерно­ го луча: нам нужен направленный, управ­ ляемый, концентрированный свет, а здесь свет распространяется во все стороны, при­ чем он является спонтанным, самопроиз­ вольным. Нужна хитрость, чтобы подчинить свет определенному режиму. И хитрость эта за­ ключена в заранее приготовленных зерка­ лах. Укрепляем их строго параллельно друг другу. Зеркала помогут нам отобрать инду­ цированные, упорядоченные атомы и от­ бросить спонтанные, летящие во все сторо­ ны. Стеклянную трубку с газовой смесью помещаем между зеркалами так, чтобы ось трубки была к ним перпендикулярна. Те­ перь наш прибор готов к работе. Если на него еще надеть кожух — можно пригла­ шать друзей и с гордостью демонстриро­ вать только что сделанный нашими руками лазер. Внимание! Включаем в электросеть! Интересно посмотреть, какова механика «производства» света? Почему наша трубка исторгает лучи? Чтобы увидеть этот замечательный про­ цесс, нам придется представить себе, что мы обрели фантастическую способность без всяких дополнительных приспособле­ ний наблюдать жизнь атомов. Вспомним, что атомы любого вещества, в том числе и наших газов, гелия и неона, находятся в состоянии непрерывного перемещения, и движение это происходит между энергети­ ческими уровнями. Представьте себе нечто подобное курятнику, где вместо жердо­ ч е к— энергетические уровни. Атомы то взлетают на них, то покидают их: слетев с одного уровня, они тут ж е переходят на другой. Эти передвижения сопровождают­ ся отдачей энергии, что и выглядит, как свечение. Собственно говоря, светится неон, гелий же играет роль буферного газа, своеобраз­ ного толкача. У гелия есть энергетический уровень, близкий к одному из энергетиче­ ских уровней неона, причем он у гелия — метастабильный, то есть сравнительно устойчивый, и атомы, «усаживаясь» на нем,, задерживаются здесь значительно дольше, чем на остальных. Теперь представим себе, что мы переме­ шали гелий с неоном и подключили нашу трубку к электрическому полю. Атомы