Wiele osób marzy o posiadaniu lasera zdolnego do przebijania pancerzy kosmicznych, tak jak w popularnych filmach. W rzeczywistości lasery to urządzenia produkujące wiązki świetlne, które w ostateczności są jedynie formą światła. Wiązki te posiadają jednak specjalne właściwości, które odróżniają je od zwykłego światła emitowanego przez żarówkę.
Jak powstaje wiązka laserowa?
Zwykłe światło składa się z tęczy kolorów, z których każdy ma inną długość fali, a cząsteczki zwane fotonami losowo emanują we wszystkich kierunkach. Wiązki laserowe z kolei są znacznie bardziej zorganizowane dzięki procesowi zwanemu emisją stymulowaną. Każdy laser zawiera kilka fotonów, a gdy urządzenie jest włączone, zaczyna pobudzać dużą liczbę elektronów.
Emisja stymulowana zaczyna się, gdy te cząsteczki zderzają się, powodując, że każdy elektron emituje drugi zsynchronizowany foton tego samego koloru. Ten foton uderza w inne pobudzone elektrony, które z kolei emitują coraz więcej tego samego typu fotonu. W końcu ta reakcja łańcuchowa generuje zorganizowany strumień cząsteczek światła znany jako wiązka laserowa.
Unikalne właściwości światła laserowego
Emisja stymulowana nadaje tym wiązkom dwie unikalne właściwości. Są monochromatyczne, co oznacza, że ich światło składa się z jednego koloru. A są spójne, co oznacza, że fale świetlne są wszystkie zsynchronizowane i podróżują w tym samym kierunku. Te dwie cechy nadają wiązkom laserowym wszelkiego rodzaju specjalne możliwości.
W przeciwieństwie do światła z standardowej żarówki, które rozchodzi się, aby wypełnić pokój, spójne wiązki laserowe pozostają wąskie, pozwalając niektórym podróżować na odległościach tak dużych jak tysiące kilometrów. Spójność sprawia również, że wiązki laserowe są świetne do przenoszenia informacji.
Zastosowanie laserów w technologii
Ponieważ ich fale świetlne są idealnie zsynchronizowane, jest łatwo wykryć jakiejkolwiek zmiany w wiązce. Na przykład, gdy oświetlisz kod kreskowy światłem laserowym, skaner może precyzyjnie zmierzyć odbite światło i przekonwertować wzór czarnego i białego na dane. Możemy również zaszyfrować łańcuch danych przypominający kod Morse'a do światła laserowego, tworząc wiązkę w krótkich impulsach.
Wysoka częstotliwość światła laserowego pozwala mu przenosić znacznie więcej informacji niż fale radiowe. Naukowcy polegają na precyzji pomiarów laserowych w systemach kierowania, które pomagają robotom nawigować, narzędziach spektroskopowych, które badają skład różnych materiałów, a nawet w obserwatorium fal grawitacyjnych, które mierzą drgania w czasoprzestrzeni.
Ograniczenia mocy laserów
Bycie monochromatycznym i spójnym to również to, co nadaje wiązkom laserowym ich potencjał niszczycielski. W przeciwieństwie do zwykłego światła, które dystrybuuje swoją energię na dużym obszarze fizycznym i spektrum kolorów, światło laserowe koncentruje swoją energię w wąskiej, jednokolorowej wiązce. Jednakże istnieją limity, jak mocne mogą się stać te wiązki.
Po pierwsze, emisja stymulowana jest niezwykle krucha. Im większa moc laserów, tym więcej wewnętrznego ciepła generują. Ciepło de-pobudza elektrony, czyniąc je niezdolnymi do uczestniczenia w reakcji łańcuchowej, która produkuje światło laserowe. Kiedy więc jest zbyt dużo nadmiernego ciepła, mechanizm zostaje zakłócony i laser przestaje działać.
Poza tym, choć wiązki laserowe mogą podróżować ogromne odległości, robiąc to powodują, że wiązki rozpraszają się i są pochłaniane przez cząsteczki powietrza i inne cząsteczki, osłabiając światło, aż całkowicie zniknie. To sprawia, że lasery z filmów, które działają w próżni kosmosu bez utraty mocy, są fizycznie niemożliwe do zrealizowania w obecnej technologii.