|
 Com ho demostren els fets, un raig làser pot portar prou energia per poder realitzar cirurgia, perforar diamants i fins i tot escalfar quantitats microscòpiques d’una substància a temperatures de milions de graus.
Quanta energia pot transportar un raig làser? Depèn del tipus de làser, de la potència de la font que el subministra, així com de les condicions del seu funcionament, que determinen l’eficiència de l’ús de l’energia subministrada.
I amb els làsers CW, l’energia d’entrada es converteix contínuament en l’energia de la radiació emesa pel làser. La potència dels feixos emesos per aquests làsers oscil·la entre els miliwatts i les desenes de quilowatts (la mateixa quantitat que emeten mil bombetes de cent vats en el rang visible). Amb aquests feixos de llum de quilowatts, enfocats adequadament, per exemple mitjançant una lent, és possible tallar una xapa d'acer de centímetre de gruix de la pell del vaixell a una velocitat d'aproximadament un centímetre per segon. Els làsers menys potents s’utilitzen per a altres propòsits que no requereixen feixos de llum tan potents.
 El làser més potent vist amb els seus propis ulls a l’Institut d’Investigació Naval de Washington, DC, suposadament havia d’emetre un feix d’aproximadament un megawatt (milions de watts o mil quilowatts) en qüestió de segons. Aquest làser, juntament amb dispositius auxiliars, ocupava dues sales de laboratori força grans. Aquí no hi ha res de sorprenent, ja que la potència del seu feix era igual a la potència d’uns cinquanta motors de turismes de classe mitjana.
No obstant això, per a molts propòsits, fins i tot els feixos de megawatts són febles i requereixen feixos encara més potents. Per exemple, se suposava que un làser "lunar" enviava un feix amb una potència de diversos milions de watts. El feix de llum després de la reflexió de la Lluna torna a la Terra molt debilitat a causa de l’absorció i la dispersió a l’atmosfera terrestre, la dispersió a la superfície de la Lluna, etc. La sensibilitat de l’equip que registra la llum reflectida exclou la possibilitat d’utilitzar fins i tot les fonts de llum tradicionals més fortes per a la ubicació de la Lluna. Un feix de llum prou intens només podria proporcionar un làser amb una potència de diversos megawatts. Per iniciar una reacció termonuclear, es necessita un làser encara més fort: la seva potència hauria de ser de l’ordre d’almenys diversos milions de megawatts.
La creació d’un làser d’ona contínua tan potent encara no és realista. Aquest làser hauria de tenir, sobretot, unes dimensions monstruoses. També seria una tasca difícil proporcionar energia a aquest colós, i també seria difícil establir un refredament. L’eficiència d’un làser se situa normalment entre un poc i un deu per cent, de manera que només una fracció relativament petita de l’energia aportada al làser s’emet com a radiació. La resta es dissipa, acabant convertint-se en calor, que s’ha d’eliminar de la instal·lació làser, sotmetent-lo a un refredament suficientment intens.
Un làser que emetia contínuament un feix d’un milió de megawatts consumiria l’energia generada simultàniament per diversos milers de centrals elèctriques de mida mitjana. Durant el funcionament d'aquest làser, s'hauria de privar a milions de consumidors de la font d'alimentació. Potser encara es podria resoldre d'alguna manera, però com es pot refredar un gegant així?
No obstant això, tot i que hi ha una necessitat de feixos de llum tan potents, no cal construir aquests làsers cw.El fet és que en totes aquelles aplicacions en què es necessiten feixos làser d’alta potència, no importa si el làser emetrà radiació durant una mil·lèsima o una milionèsima de segon. Molt sovint es dóna el cas que la radiació làser només es necessita durant un curt període de temps. En resum, parlem del fet que el raig làser va tenir temps de provocar l’efecte desitjat en l’objecte rebut abans que es tractés de processos indesitjables associats a l’energia de la radiació làser absorbida per l’objecte. Si, per exemple, quan s’utilitza un raig làser per eliminar el teixit malalt durant una operació, els flaixos van durar massa temps, el teixit sa adjacent al malalt també podria patir un sobreescalfament perillós. Si s’utilitza una radiació làser contínua per perforar un forat en un diamant en lloc de flaixos separats, el diamant s’escalfarà, es fon i, com a resultat, una part important del diamant s’evaporarà.
 Els exemples donats indiquen la necessitat d'utilitzar polsos làser tan curts perquè l'energia absorbida per l'objecte irradiat no tingui temps de dissipar-se a causa dels processos de conducció de calor. Per descomptat, hi ha molts més mecanismes de dissipació d’energia tan indesitjables i sovint nocius. En el cas general, parlem del fet que el feix làser té temps per completar la seva tasca abans que els factors enumerats l’interferin. És per això que, en molts dispositius, els polsos làser han de ser molt curts i l'expressió "molt curta" de vegades significa un nanosegon o fins i tot menys temps.
Ara ens queda clara, dictada per la necessitat, una simple idea d’estalviar energia, sobre la base de la qual és possible obtenir feixos de potència gegantina amb un consum d’energia relativament baix. En lloc de produir, per exemple, un joule d’energia en forma de radiació (és a dir, una quantitat molt petita) per segon, o emetre un feix d’un watt (1 W = 1 J / s), simplement segueix la mateixa quantitat d’energia (un joule ) emeten més ràpidament com un pols relativament curt. Com més curt és el pols, major és la potència del feix. Si, per exemple, una explosió de radiació dura un milisegon (un microsegon, un nanosegon), el feix tindrà una potència 1000 vegades superior (relativa).
Viouslybviament, amb una aportació d’energia 1000 vegades superior (1 kJ en lloc d’1 J), resultarà (en cadascun dels casos anteriors) que el feix és 1000 vegades més potent. Si el temps d’emissió (emissió) fos de l’ordre d’un nanosegon, en aquest cas s’obtindria un feix amb una potència d’un terawatt. Enfocat, per exemple, amb una lent a la superfície del cos en una taca d’uns 0,1 mm de diàmetre, aquest feix donaria al focus un valor inimaginable d’intensitat: 10 a la 20a potència de W / m2. (En comparació, la intensitat de llum d'una bombeta de 100 watts a una distància d'1 m d'ella és de l'ordre d'unes dècimes de watt per metre quadrat.)
Queda una pregunta, aparentment innocent a primera vista: com reduir el temps de radiació làser a una energia de feix total determinada? Aquesta tasca és un problema complex tant de tipus físic com tècnic. Aquí no entrarem en aquestes subtileses, perquè per a la nostra història, la qüestió de rebre un pols curt és massa especial. En qualsevol cas, avui la situació és la següent: el temps d’emissió de llum per un làser polsat sense dispositius addicionals que obligarien el làser a emetre llum més ràpidament és de l’ordre d’uns quants microsegons (o una dècima de mil·lèsima de segon).
L’ús de dispositius addicionals, el funcionament dels quals es basa en alguns fenòmens físics, ajudarà a reduir aquest temps a valors de l’ordre d’un picosegon. Gràcies a això, avui és possible obtenir polsos làser gegants, la potència màxima dels quals pot arribar fins i tot a diversos centenars de terawatts.Per descomptat, aquests feixos tan potents només es necessiten en dispositius especials (per exemple, per iniciar una reacció termonuclear). En molts altres casos, s’utilitzen polsos de potència molt inferior.
Ara fem una pregunta important: és possible obtenir uns feixos de llum tan intensos més barats i fàcils, concretament amb l’ajut de les làmpades tradicionals d’alta potència? Es refereix tant a les làmpades que funcionen en mode continu (per exemple, les làmpades de reflectors d’avions o a les càmeres de pel·lícules), com a les llums de flaix (per exemple, les llanternes que s’utilitzen en la fotografia).
La resposta depèn de quin tipus de feixos ens agradaria obtenir o, en altres paraules, de quin poder i de quin tipus de divergència estem parlant. Si som indiferents a la divergència del feix, les làmpades tradicionals només poden competir amb els làsers fins a un límit determinat. Aquest límit es troba, en qualsevol cas, molt per sota d’un terawatt. Per sobre d’aquest nivell, el làser no té competidors.
Per descomptat, els feixos menys divergents i més potents que vulguem obtenir, menor serà el límit, per sobre del qual haurem d’abandonar les fonts de llum tradicionals i recórrer als làsers. Com ja s’ha esmentat, les fonts de llum clàssiques no serien capaces de complir els requisits d’alta precisió que s’imposaven a una font de llum en mesurar la distància de la Terra a la Lluna. En aquest experiment, s’havia d’utilitzar un làser polsat.
Gavrilova N.V.
|
