Мы хотим как марсиане… или этот скучный неквантовый лазер…
…Мы хотим, как
марсиане!
…Вжжик – Вжжжик,!
Пяууу-пяууу!
…. Лучем этих Альтов!
… всех нах…переколбасить!
…Подскажи нам,
о, сенсей….
Сказав так, релявы
притихли, и почтительно согнулись в сторону Главного….
Эйнштейн попытался лукаво скосить глаза на
Планка, клюющего носом за столом рядом с ним.
Глаза разъехались, и Эйнштейн прекратил
попытку…
- Говно – вопрос,
парни!
- Вам, пацаны, надо взять кусок «рабочего тела», и слегка подвозбудить его атомы каким-нибудь способом.
- Но, не до конца, не так, чтоб атом квантом
кончил.
- Так….
Эйни пошевелил в воздухи
пальцами.
…глубокий петтинг, типа…
- Чтобы атомы сильно хотели, но терпели…
…Терпели, и ждали, когда в них врежется
посторонний квант, и подтолкнет…
Тут Планк пошевелился, икнул, и наклонился
к уху Эйнштейна…
- Тшшш… Ик….
Эйни, эт
ты загнул…Ик..
- НЕ забывай, что, согласно моей теории,
атом может либо поглотить квант целиком, либо вообще НЕ заметить его! Тррретьего не дано!....Ик…
Планк снес локтем три бутылки со стола,
прежде чем, наконец, сумел подпереть ладонью голову…
- Да, правильно…
Кивнул Эйнштейн.
- Так вот, лохозавр…то есть пацаны!
- Возбуждаете Атома аж
до самого нехочу, а потом показываете ему «спусковой
квант» из штанов, издалека…
- Оба-на!
- Атом видит квант, быстро, и…
Эйнштейн глотнул баварского из горла…
...Быстро, но тщательно рассчитывает его
амплитуду, длину волны, фазу и направление и, испускает в ту же сторону точно
такой же…
И все это будет называться «вынужденное
излучение имени меня»
- Поняли, лохо…
- Ну, то есть – поняли?
- Все – валите…
Действительно.
Че тут не понять?
Взять цилиндр из
материала, с подходящим «квантовым энергетическим переходом».
«Накачивать его
энергией» какого-нибудь подходящего вида.
А потом, в
напрягшийся цилиндр с одного торца «стукнуть» «спусковым фотоном»!
Это «спусковой
квант», врежется в ближайший из перевозбужденных атомов, атом испустит второй
фотон, точно такой же по длине волны, фазе и направлению…
И вот их уже летит
два.
Они «врезаются» в
два атома…
…Далее, как в
притче про шахматы и зерно…
Лавинообразный
процесс..
..И вот, уже в
одну и ту же сторону летит несметное количество одинаковых фотонов.
Из
противоположного торца цилиндра вырывается ревущая лавина световой
энергии, сметающая все на своем пути…
…Стоп.
Тут что-то не так…
Что-то не вяжется…
Начнем сначала.
- В «рапиде».
Итак, «Спусковой
Квант» влетает в возбужденный Атом, и…
А никаких «и»!
Квант «спускового
света» не может сообщить возбужденному Атому, свои параметры (фазу, длину
волны, направление), потому для этого ему придется предать Атому ЧАСТЬ своей
энергии!
А это невозможно,
потому что, согласно «квантовой теории», кванты не поглощаются, и не
испускаются по частям.
Только - ЦЕЛИКОМ.
То есть, либо
«спусковой квант» ПОГЛОТИТСЯ
возбужденным Атомом, либо - НЕТ.
В
первом случае, Атом получит «информацию» о параметрах «спускового кванта»,
который ему надлежит «индуцировано» испустить.
И, может быть, испустит «индуцированный квант» света нужной «кондиции».
Во втором случае,
- поглощения НЕ произойдет, и возбужденный Атом попросту НЕ ЗАМЕТИТ «спускового
кванта», НЕ сможет «считать» с него «входные параметры», и НЕ испустит
«индуцированный квант».
И в том, и другом
случаях, результатом будет НЕ ДВА одинаковых кванта, но – ОДИН!
То есть, не произойдет лавинного усиления светового
потока, подобного тому, какое происходит с электронным потоком в
фотоэлектронном умножителе…
На практике,
разумеется, так и вышло.
«Теория
индуцированного резонансного излучения», разумеется, не работала.
Все попытки
вызвать лавинный рост «индуцированного светового излучения», «предсказанный»
Эйнштейном, оказались неудачными.
Образцы
«светились», как и положено «неоновым лампочкам», кто сильнее, кто слабее.
Лавинное
«индуцированное умножение света» не желало проявляться.
Мало
того, из-за «идентичности» «спусковых» и «индуцированных» Квантов, оказалось
принципиально невозможным отличить «индуцирующий», от «индуцированного».
Ну, просто чтобы
узнать хоть, а есть ли оно вообще?!
Это
«индуцированное излучение»?
Вопрос долго мусолили, затем «спустили на тормозах», сделав вид, что «явление
резонансного индуцированного излучения» уже «доказано».
Поскольку,
подобного рода «доказательства» для КМ обычное дело, никто особо не стал
возражать…
Попытки создать «квантовый
генератор» на основе «гениального предсказания» продолжались с одним и тем же
нулевым результатом почти 40 лет.
Пока одному инженеру из корпорации Hughes
Aircraft Теодору Мейману
не пришла в голову счастливая мысль, покрыть полированные торцы цилиндра
рабочего тела (у него это был рубин) слоем серебра, превратив их параллельные
зеркала.
И машинка –
заработала!
Тему – прорвало.
Квантовики-
стахановцы - теоретики сбивая друг дружку
с ног, толкаясь, и матерясь бросились
строчить монографии, квантово - теоретически «обосновывающие», полученный
изобретателем практический результат…
..Параллельные
зеркала по концам рабочей зоны лазеров - изобретение Меймана,
яйцеголовые апологеты «неопределенности хайзенберга», и «укротители диких тензоров» назвали
«резонатором», намекая - кто на некий «резонанс», кто - на некую «положительную
обратную связь».
Разумеется, никто
из них не затруднял себя объяснением, что с чем
«резонирует» в этом пространстве между зеркальцами, и между чем, и чем эти зеркала «обеспечивают положительную
обратную связь».
Но, слово
«резонатор» хоть как-то, хотя и очень притянуто, но все же напоминало о «замечательном предсказании
Эйнштейна»…
Итак, сугубо макроскопическое оптико-механическое, совсем
не гламурное, не квантовое устройство - «Резонатор»
открыло дорогу Лазерам…
Спрашивается, почему же
«Резонатор» не «предсказал» А. Эйнштейн?
Ответ прост.
За сорок лет, прошедших с
момента «предсказания Эйнштейном резонансного индуцированного излучения», его
помощники по связям с лохами, отвечающие за внесение «предсказаний гения»
задним числом в его «достижения», частью повымерли, частью – перебежали к
другим гениям.
А те, что остались - постарели, обленились, и растеряли квалификацию.
Поэтому, волей счастливого
случая, у «резонатора», и у Лазера - честное авторство…
…Расстояние между
зеркалами определяется размерами рабочей зоны лазера.
Все, что требуется
от зеркал, - быть как можно более параллельными, чтобы
возвращать в рабочую зону, заданное конструктором, количество попавшего на них
света.
Разумеется,
зеркала (кроме специальных случаев) не делают выбора, и честно отражают всякий
«квант» ударившийся в них, независимо от его длины волны, фазы, или
направления.
Что же на самом
деле происходит внутри рабочей зоны лазера, между зеркалами?
Смотри сюда:..
Лирическое отступление номер раз:
«…ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ. СВЕЧЕНИЕ
ВЕЩЕСТВ», Слово «люминесценция» произошло от латинского lumen – свет…»
Явление люминесценции известно,
по крайней мере, с начала 19 века, открывалось, наблюдалось, и использовалась многократно и независимо
сотнями авторов….
…Люминесценция – очень
распространенное явление, заключающееся в том, что возбужденные тем или иным
способом атомы вещества спонтанно
испускают свет, как в видимой, так и ультрафиолетовой, и ближней инфракрасной
части спектра…
…Выйдите, когда стемнеет на
дорогу, и взгляните наверх.
Что видите?
Правильно – лампу, типа «ДРЛ».
В этом одном устройстве используются сразу два типа
люминесценции – ультрафиолетовое свечение паров ртути, возбужденных
электрическим разрядом, и свечение люминофора, нанесенного на колбу, под
действием ультрафиолетовой «накачки».
Эффективность преобразования электричества
в свет такой лампой составляет около 25 %.
Притом, что в лампе происходит
два преобразования последовательно.
То есть, «кпд» преобразования в
свет и ртутной «внутренней» лампы, и люминофорной
«внешней» составляет примерно по 50%!
Запомните эти цифры, друзья!..
…Но, продолжим.
Подберем,
какое-нибудь удобное эффективно излучающее в сравнительно узком спектральном
диапазоне вещество, например смесь гелия и неона (да-да, - такой, как в трубках «неоновой рекламы»).
И, разместим их смесь в трубке из «кварцевого» стекла, длиной
миллиметров 300, и диаметром миллиметра
3 – 4, с хорошо обработанными полированными торцами.
С помощью системы
электродов пропустим через эту смесь постоянный электрический ток, добившись
устойчивого газового разряда.
Газ в трубке
начнет светиться ровным розово-красным.
Ничего особенного
не происходит.
Атомы смеси
испускают фотоны в случайном направлении, случайной фазы, примерно одинаковой
длины волны.
Максимум мощности
излучения, которым светятся атомы смеси гелия и неона приходится на длину
волны, примерно - 615 - 650 nm.
В свет
«превращается», примерно 50 – 60 % электричества…
Выключим
электричество.
Поместим с обоих
концов трубки плоские зеркала, с
коэффициентом отражения 98 – 99 %
Одно из зеркал
дополнительно прикроем светонепроницаемым слоем.
Установим зеркала
как можно более перпендикулярно
к оси трубки.
Включаем
электричество.
Что-то изменилось?
Да.
Яркость свечения
трубки цилиндрической трубки осталось прежней, однако с торца, который не
закрыт непроницаемым покрытием исходит узкий (по внутреннему диаметру трубки) слаборасходящийся, красно-розового
цвета, луч, который, попав на предметы дает яркое
«шевелящееся пятно».
Трубка
превратилась в Лазер, в «квантовый генератор»…
Что же произошло?
Что такого сделала
пара зеркал, что обычный светильник стал «гиперболоидом»?
А произошло вот
что….
…Лирическое
отступление номер два:
Гламурные «теории», как «квантовая», так и
«релятивистская» остро нуждаются в экспериментальных подтверждениях.
Но, будучи
порождены «чистым разумом» их авторов, естественно испытывают в таковых
стопроцентный дефицит.
Поэтому, и той, и
другой «теориям» приходится эти экспериментальные подтверждения выдумывать.
Так случилось,
с «экспериментом по интерференции
электрона в двух щелях».
Разумеется, такой
эксперимент не проводился в силу физической невозможности его проведения,
однако, прочно закрепился во всех учебниках по «квантовой физике», как
«доказательство квантово-механического дуализма
частиц».
Так случилось с
«гравитационным линзированием», миф, о котором служит «доказательством
релятивистского искривления пространства».
Так произошло со
«сверхпроводящим кольцом», в которое «вдули» ток, и тот так и остался крутиться
в кольце, заставляя «левитировать» над кольцом магнит.
Список можно
продолжать очень долго…
Со временем,
гламурная «физика» насобачилась лгать легко,
непринужденно, без малейших усилий.
Дошло до того, что
стала машинально лгать даже там, где этого,
в общем-то, и не требуется.
Так случилось с
«когерентностью».
В любом учебнике
по «квантовой физике», да и в популярной околофизичекой литературе вы
обязательно прочтете о том, что Лазер отличается от других источников света
тем, что излучает когерентный свет.
Так вот, - это
ложь.
Дело в том, что
термин «когерентность» (согласованность) относится к любым изменяющимся физическим
величинам (периодическим или нет), временной сдвиг между которыми остается
постоянным.
Так, например, два
автомобиля, едущие по трассе с одинаковой скоростью, движутся когерентно,
потому, что одну и ту же любую отметку на
дороге они проезжают через равные промежутки времени.
Когерентны
колебания двух одинаковых маятников, потому, что одну и туже фазу своих колебаний они проходят через
одинаковые промежутки времени, и так далее…
Естественно,
когерентен монохроматический (одноцветный) свет любой природы.
Так, например,
если вы на обычный фонарик повесите достаточно узкополосный красный фильтр, то
фонарик станет излучать когерентный красный свет.
Почему?
- Потому, что
скорость распространения монохромного света с одинаковой (точнее очень похожей)
длиной волны в среде одинакова для всех фотонов. В результате, временной сдвиг
(сдвиг фаз) между их колебаниями остается постоянным.
Свет, испускаемый
Лазером, не просто когерентный (лазеры обычно монохромны), этот свет -
СИНФАЗНЫЙ.
То есть, сдвиг фаз
между волнами света, не только одинаков, он еще и близок к нулю.
Другими словами,
то, что колеблется в световом «фотоне» или «кванте» (я сейчас не стану
концентрироваться на природе этого «то») колеблется СИНФАЗНО.
Зачем «квантовая
механика» мухлюет с когерентностью, и тщательно прячет
синфазность лазерного света для меня – загадка…
Однако продолжим.
Попробуем ответить
себе на вопрос, если бы нам надо было сделать синфазный лазерный свет, как бы
мы поступили?
Что подсказывает
нам очевидный опыт, Здравый Смысл, и Логика?
Как из
когерентного света сделать синфазный?..
…Проведите
небольшой эксперимент.
Сделайте пару
одинаковых маятников, например, привязав к одинаковым ниткам одинаковые гайки.
Возьмите маятники
в руки, и заставьте колебаться с примерно одинаковой магнитудой (размахом).
Пусть они
колеблются в одной плоскости.
Теперь осторожно
сближайте руки, до тех пор, пока маятники не начнут взаимодействовать
(интерферировать).
Что-нибудь
заметили?
- Правильно.
В случае, когда
маятники качались синфазно, они НЕ МЕШАЛИ ДРУГ ДРУГУ, не взаимодействовали, и
размах их колебаний не изменялся, а
общая «энергия» их колебаний оставалась равной сумме их персональных «энергий».
А в случае, если
фазы их НЕ совпадали, - гайки сталкивались, маятники начинали взаимодействовать
(интерферировать) мешать друг другу, размах их колебаний уменьшался, общая
«энергия» их колебаний уменьшалась, и становилась меньшей, чем была сумма
персональных.
В случае же, если
маятники до взаимодействия колебались в противофазе, - маятники вообще
остановятся – их колебания «интерферируют на ноль», и их общая «энергия» -
«исчезает» - превращаясь в тепло, и согревая Космос.
Если вы возьмете тысячу одинаковых маятников, и
сведете их на одной «поляне», заставив взаимодействовать (интерферировать) на
встречных курсах, то спустя некоторое время НЕСИНФАЗНЫЕ мятники «вымрут»,
поубивав друг друга, и на «поляне» останутся дружно качаться ТОЛЬКО СИНФАЗНЫЕ
маятники, если таковые имели место быть.
Вернемся к Свету.
Итак, чтобы
получить Синфазный Свет, нам надо заставить интерферировать световые волны
(фотоны, кванты, как хотите).
Как это сделать?
Понятно, что
«летящие», или распространяющиеся с одинаковой скоростью, на некотором расстоянии друг от друга
световые волны (фотоны, кванты…) никак не могут проинтерферировать, даже, если
их фазы противоположны.
Чтобы заставить
интерферировать волны, их надо свести в «одном месте» - либо на препятствии,
либо на встречных курсах.
В интерферометрах
это делается либо с помощью переизлучения света на щелях, либо, - сводя свет с
помощью специальных устройств, например - бипризмы Френеля.
А, в Лазерах?
- Правильно, в
Лазерах «кванты» «сталкивают» с помощью параллельных зеркал…
…На чем мы
остановились?
…Яркость свечения
трубки цилиндрической трубки осталось прежней, однако с торца, который не
закрыт непроницаемым покрытием, исходит узкий (по внутреннему диаметру трубки) очень яркий параллельный
световой розового цвета луч, который, попав на предметы, дает яркое
«шевелящееся пятно».
Трубка
превратилась в Лазер, в «квантовый генератор»…
Что же произошло?
Что такого сделала
пара зеркал, что обычный газоразрядный светильник стал «гиперболоидом»?
А произошло вот
что:
Поперечно –
продольные световые волны, образовавшиеся в результате спонтанного излучения
атомов смеси газов начали многократно «курсировать» между зеркалами.
Те из них, которые
были синфазны до отражения, и сохранили синфазность после отражения, курсируют не причиняя друг другу вреда (не интерферируют
между собой), и дружно строем гуляют туда-обратно
между зеркалами.
Те же из них, кому
«не повезло», и фазы колебаний которых сильно отличаются, или даже
противоположны - интерферируют, «убивая друг друга».
Поскольку,
«накачка» рабочего тела между зеркалами электричеством продолжается, «вновь»
прибывшие фотоны, либо присоединяются к «строю синфазных», - либо быстро
вымирают.
Таким образом, в
пространстве трубы между зеркалами инфазных -
согласных волн становится больше, а «несогласных»
- все меньше.
Поэтому, тот
процент света, который сумел прорваться через
«полупрозрачное зеркало» практически весь – синфазный.
Вот собственно и
все.
Теперь вы знаете,
друг мой, как устроен и работает Лазер, и на каких принципах и физических эффектах
основана его работа.
Пара параллельных
зеркал по торцам рабочей зоны «лазера» образует интерференционный фазовый
фильтр (сепаратор), эффективно подавляющий не синфазный свет, образующийся в
рабочей зоне «лазера», и пропускающий синфазный.
«Лазер»,
разумеется, никакой не Усилитель света, но – Ослабитель, поскольку «вырезает»
из всего света, который производит его эмиттер только очень малую часть.
И свет, который в
нем получается – никакой не «квантовый индуцированный», а кондовый
люминесцентный.
«Лазер» -
обыкновенный люминесцентный светильник, снабженный интерференционным фазовым фильтром.
Это гениальное
устройство – сочетание открытого еще в начале 19 века физического эффекта –
люминесценции, и, изобретенного настырным, сообразительным, умным и удачливым
американским инженером– интерференционный фазовый
фильтр, выпускающий на «волю» из этого светильника в основном синфазную часть
света.
И заметьте!
Изобрел лазер не яйцеголовый «квантовый теоретик» из Итона, не «талантливый физик - ядерщик» из Принстона, и не выдающийся математик из Гарварда…
Но, – простой
ИНЖЕНЕР из маленькой ПРИКЛАДНОЙ лаборатории при вертолетном заводе…
Правильное
название Лазера должно выглядеть так:
Luminescent Light Emitter
with the Interference Phase Separation (LLEIPS).
Поскольку,
«Лазер» свет не усиливает, а, наоборот,
фильтрует, «кпд» такого прибора должен быть существенно ниже, нежели
«кпд» его источника света.
Разумеется, так и
есть в действительности.
Лазеры – «чемпионы» по
неэффективности среди всех источников света.
Так, например,
типичный He-Ne лазер,
выдавая «на-гора» 2 mW света, потребляет 20 W электричества.
То есть,
эффективность производства синфазного света такого девайса составляет примерно
0,01 %.
В то время как
эффективность светопроизводства самого его газоразрядного «рабочего тела» составляет - 50% (см. выше)
Самые экономичные,
и продвинутые среди лазеров – полупроводниковые с диодной накачкой, имеют «кпд»
существенно выше.
Типичный
представитель этого племени, например LD-63058TL потребляет 50 mW электричества, выдавая 5 mW света.
То есть, этот
славный парень по эффективности светоделанья такой же, как лампочка Эдисона.
Рекордсменом среди
чемпионов, безусловно, является мегадевайс от Mitsubishi
ML520G54, который
имеет «кпд» около 25 процентов.
Но, это отдельная
история.
Полупроводниковые
лазеры работают чуть иначе, чем газовые, и твердотельные.
Поскольку принцип
работы лазера прост, как табуретка, а способностью к люминесценции обладают
очень многие вещества, в принципе заставить излучать синфазный свет можно любой
из них.
Однако
эффективность, например, ультрафиолетового лазера, сделанного из ртутной лампы,
будет чрезвычайно низкой, из-за слишком широкого спектра излучения.
Дело в том, что
интерференционный зеркальный фильтр работает эффективно только со светом
специального спектрального состава.
Но, это –
отдельный разговор….
Естественно, можно
получить когерентный свет из света любой природы.
Те, кто живет
достаточно долго, должны еще помнить, как по городам, и весям нашей Родины
путешествовали «выставки голографических фотографий», там голограммы освещались
«слабосинфазным» светом, выскребаемым из света
обычных ламп накаливания…
Понятно, что
гламурная «квантовая физика» норовит приклеить ярлык «квантовый» на любое
творение физиков и инженеров.
Еще совсем недавно по ящику
рекламировались «молекулярно-квантовые паровые бигуди»…
НЕ избежал этой
участи и Лазер.
Но, вы теперь
понимаете, друзья, что Лазер «квантовый» не более, чем
утюг, «лампочка ильича»,
или факел пещерного человека…
..Вот так, друг мой, «гениальное
квантовое открытие» Эйнштейна-Планка, и «квантовая механика» в целом, задержали
создание Лазера, минимум на 50 – 60 лет.
Лазер вообще работает не благодаря, но ВОПРЕКИ «квантовой теории»
Продолжение
следует…