Лазеры принято считать квантовыми генераторами [1]. Но такое их название не соответствует принципу их действия. Известно, что лазерное излучение обладает высокой когерентностью и направленностью. Принцип построения излучающих систем с такими характеристиками хорошо известен в радиотехнике, в них используется большое количество элементарных фазированных излучателей, расположенных в определённом порядке. Называются такие системы фазированными антенными решетками (ФАР) [2,3]. Чем больше элементарных излучателей используется и чем на большем пространстве они расположены, тем большую направленность и мощность можно получить при их помощи. Для получения высокой направленности линейные размеры системы должны быть значительно больше длины излучаемой волны.
В рабочем веществе лазера тоже содержится громадное количество элементарных излучателей - атомов или молекул рабочего вещества. В твердотельных лазерах, например, рубиновых, излучающие атомы (атомы хрома) тоже расположены в кристалле рабочего вещества в определённом порядке. Если такие атомы каким-либо образом синхронно возбудить так, чтобы их колебания были фазированы, как в ФАР, то с радиотехнической точки зрения такая система может давать очень узконаправленное излучение, т.к. количество излучателей очень велико, а длина излучаемой волны гораздо меньше линейных размеров поля излучения. Но как возбудить атомы? Один из таких способов – ударное возбуждение, когда рабочее вещество лазера облучают коротким импульсом от лампы вспышки, как это делается в рубиновом лазере. Но при помощи лампы вспышки нельзя возбудить атомы так, чтобы фаза их колебаний соответствовала условиям ФАР. Для такой селекции служит внешний макроскопический резонатор. Условие указанной селекции – совпадение одной из резонансных мод внешнего резонатора с частотой собственных колебаний атомов хрома. Но этого недостаточно. Решетку ФАР составят только атомы хрома, расположенные в местах, где их фаза колебаний совпадает с фазой колебаний макроскопического резонатора. Но в общем количестве возбуждённых атомов таких не много, всего несколько процентов от общего количества. Поэтому КПД рубинового лазера не высок [4]..
Следовательно, рубиновый лазер работает по всем законам классической радиотехники, и ничего в нём квантового нет, хотя название у него очень красивое – двухуровневый квантовый генератор.
Литература
1. Элементарный учебник физики: Учеб. Пособие. В 3Т/ Под ред. Г. С. Лансберга: Т. 3. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика. – 12-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. – 656 с.
2. Воскресенский Д. И., Гостюхин В. Л., Максимов В. М., Пономарёв Л. И. Антенны и устройства СВЧ / Под ред. Д. И. Воскресенского. Учебник. — 2-е изд. — М.: Радиотехника, 2006. — 376 с.
3. Антенны и устройства СВЧ. Проектирование фазированных антенных решёток. Учебное пособие / Под ред. Д. И. Воскресенского. — М.: Радио и связь, 1994. — 592 с.4. Weber, Marvin J. Handbook of laser wavelengths, CRC Press, 1999.5. Manley J. M., Rowe H. E. Some general properties of nonlinear elements. Pt. 1. Gene¬ral energy relations // Proceedings of Insti¬tute of Radio Engineers. 1956. Vol. 44. № 7.
6. Менде Ф. Ф., Дубровин А. С. Альтернативная идеология электродинамики. Монография. М.: Перо, 2016. – 198 с.
7. Mende F. F., Dubrovin A. S. Alternative ideology of electrodynamics. Monograph. M.: Перо, 2016. - 216 p.
Cтатья F. F. Mende Lasers Are Quantum by Generators
принята к публикации в Physics Journal American Institute of Physics (AIP)
