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 Wie die Fakten belegen, kann ein Laserstrahl genug Energie transportieren, um Operationen durchführen, Diamanten bohren und sogar mikroskopische Mengen einer Substanz auf Temperaturen von Millionen Grad erwärmen zu können.
Wie viel Energie kann ein Laserstrahl tragen? Dies hängt vom Lasertyp, der Leistung der ihn versorgenden Quelle sowie von den Betriebsbedingungen ab, die die Effizienz der Nutzung der zugeführten Energie bestimmen.
Und bei CW-Lasern wird die Eingangsenergie kontinuierlich in die Energie der vom Laser emittierten Strahlung umgewandelt. Die Leistung der von solchen Lasern emittierten Strahlen reicht von Milliwatt bis zu zehn Kilowatt (die gleiche Menge wie tausend Hundert-Watt-Lampen, die im sichtbaren Bereich emittieren). Mit diesen Kilowatt-Lichtstrahlen, die beispielsweise von einer Linse richtig fokussiert werden, ist es möglich, ein zentimeterdickes Stahlblech einer Schiffshaut mit einer Geschwindigkeit von etwa einem Zentimeter pro Sekunde zu schneiden. Weniger leistungsstarke Laser werden für andere Zwecke verwendet, für die keine so leistungsstarken Lichtstrahlen erforderlich sind.
 Der leistungsstärkste Laser, der am Naval Research Institute in Washington, DC, mit eigenen Augen gesehen wurde, sollte in Sekundenschnelle einen Strahl von etwa einem Megawatt (Millionen Watt oder tausend Kilowatt) aussenden. Dieser Laser besetzte zusammen mit Hilfsgeräten zwei ziemlich große Laborräume. Es ist hier nicht besonders überraschend, da die Leistung seines Strahls gleich der Leistung von etwa fünfzig Motoren von Personenkraftwagen der Mittelklasse war.
Für viele Zwecke sind jedoch selbst Megawattstrahlen schwach und erfordern noch stärkere Strahlen. Zum Beispiel sollte ein "Mond" -Laser einen Strahl mit einer Leistung von mehreren Millionen Watt senden. Der Lichtstrahl kehrt nach der Reflexion vom Mond zur Erde zurück und ist aufgrund der Absorption und Streuung in der Erdatmosphäre, der Streuung auf der Mondoberfläche usw. stark geschwächt. Die Empfindlichkeit des Geräts, das das reflektierte Licht aufzeichnet, schließt die Möglichkeit der Verwendung von herkömmlichem Gleichmäßigkeit aus die stärksten Lichtquellen zur Ortung des Mondes. Ein ausreichend intensiver Lichtstrahl konnte nur von einem Laser mit einer Leistung von mehreren Megawatt erzeugt werden. Ein noch stärkerer Laser ist erforderlich, um eine Kernreaktion auszulösen - seine Leistung sollte in der Größenordnung von mindestens einigen Millionen Megawatt liegen.
Die Schaffung eines so leistungsstarken Dauerstrichlasers ist bislang eine unrealistische Aufgabe. Ein solcher Laser müsste vor allem monströse Dimensionen haben. Es wäre auch eine schwierige Aufgabe, einen solchen Koloss mit Energie zu versorgen, und es wäre auch schwierig, eine Kühlung herzustellen. Der Wirkungsgrad eines Lasers liegt typischerweise im Bereich von einigen bis zehn Prozent, so dass nur ein relativ kleiner Teil der in den Laser eingegebenen Energie als Strahlung emittiert wird. Der Rest wird abgeführt und verwandelt sich schließlich in Wärme, die aus der Laserinstallation entfernt werden muss, um sie ausreichend intensiv abzukühlen.
Ein Laser, der kontinuierlich einen Strahl von einer Million Megawatt aussendet, würde die Energie verbrauchen, die gleichzeitig von mehreren tausend mittelgroßen Kraftwerken erzeugt wird. Während des Betriebs eines solchen Lasers müssten Millionen von Verbrauchern die Stromversorgung entzogen werden. Vielleicht wäre es immer noch möglich, es irgendwie zu klären, aber wie kann ein solcher Riese gekühlt werden?
Trotz der Tatsache, dass solch starke Lichtstrahlen benötigt werden, besteht keine Notwendigkeit, solche CW-Laser zu bauen.Tatsache ist, dass es bei all jenen Anwendungen, bei denen Laserstrahlen mit ultrahoher Leistung benötigt werden, nicht so wichtig ist, ob der Laser Strahlung für eine Tausendstel oder eine Millionstel Sekunde emittiert. Meistens wird Laserstrahlung nur für kurze Zeit benötigt. Kurz gesagt, wir sprechen über die Tatsache, dass der Laserstrahl Zeit hatte, den gewünschten Effekt im empfangenen Objekt zu erzielen, bevor es zu unerwünschten Prozessen kommt, die mit der Energie der vom Objekt absorbierten Laserstrahlung verbunden sind. Wenn beispielsweise bei Verwendung eines Laserstrahls zum Entfernen von erkranktem Gewebe während einer Operation die Blitze zu lange anhielten, kann gesundes Gewebe neben dem erkrankten Gewebe ebenfalls eine gefährliche Überhitzung erfahren. Wenn kontinuierliche Laserstrahlung verwendet wird, um ein Loch in einen Diamanten anstelle separater Blitze zu bohren, überhitzt sich der Diamant, schmilzt und infolgedessen verdampft ein erheblicher Teil des Diamanten.
 Die obigen Beispiele zeigen die Notwendigkeit, solche kurzen Laserpulse zu verwenden, damit die vom bestrahlten Objekt absorbierte Energie aufgrund von Wärmeleitungsprozessen keine Zeit zum Abführen hat. Natürlich gibt es noch viel mehr solche unerwünschten und oft schädlichen Energiedissipationsmechanismen. Im allgemeinen Fall handelt es sich um die Tatsache, dass der Laserstrahl Zeit hatte, seine Aufgabe zu erfüllen, bevor die aufgeführten Faktoren ihn stören. Aus diesem Grund müssen Laserpulse in vielen Geräten sehr kurz sein, und der Ausdruck "sehr kurz" bedeutet manchmal eine Nanosekunde oder sogar weniger Zeit.
Jetzt wird uns klar, diktiert durch die Notwendigkeit, eine einfache Idee des Energiesparens, auf deren Grundlage es möglich ist, gigantische Energiestrahlen zu relativ niedrigen Energiekosten zu erhalten. Anstatt beispielsweise ein Joule Energie in Form von Strahlung (dies ist eine sehr kleine Menge) für eine Sekunde zu erzeugen oder einen Strahl von einem Watt (1 W = 1 J / s) zu emittieren, folgt es einfach der gleichen Menge von Energie (ein Joule) emittiert schneller als ein relativ kurzer Impuls. Je kürzer der Puls ist, desto höher ist die Strahlleistung. Wenn beispielsweise ein Strahlungsstoß eine Millisekunde (eine Mikrosekunde, eine Nanosekunde) dauert, hat der Strahl eine 1000-mal höhere Leistung (relativ).
Offensichtlich wird sich bei einem 1000-mal größeren Energiebeitrag (1 kJ anstelle von 1 J) (in jedem der oben genannten Fälle) herausstellen, dass der Strahl 1000-mal stärker ist. Wenn die Emissionszeit (Emission) einen Wert in der Größenordnung von einer Nanosekunde betragen würde, würde in diesem Fall ein Strahl mit einer Leistung von einem Terawatt erhalten. Wenn beispielsweise eine Linse auf der Oberfläche des Körpers auf einen Punkt mit einem Durchmesser von etwa 0,1 mm fokussiert wird, würde ein solcher Strahl im Fokus einen unvorstellbaren Intensitätswert ergeben - 10 bis zur 20. Potenz von W / m2! (Zum Vergleich: Die Lichtintensität einer 100-Watt-Glühbirne in einem Abstand von 1 m liegt in der Größenordnung von einigen Zehntel Watt pro Quadratmeter.)
Es bleibt eine Frage, die auf den ersten Blick unschuldig erscheint: Wie kann die Laserstrahlungszeit für eine bestimmte Gesamtstrahlenergie reduziert werden? Eine solche Aufgabe ist ein komplexes Problem sowohl physikalischer als auch technischer Natur. Wir werden hier nicht auf solche Feinheiten eingehen, weil für unsere Geschichte die Frage, einen kurzen Puls zu erhalten, zu speziell ist. In jedem Fall ist die Situation heute wie folgt: Die Zeit der Lichtemission durch einen gepulsten Laser ohne zusätzliche Vorrichtungen, die den Laser zwingen würden, Licht schneller zu emittieren, liegt in der Größenordnung von einigen Mikrosekunden (oder einem Zehntel von einem Tausendstel a) zweite).
Die Verwendung zusätzlicher Geräte, deren Betrieb auf einigen physikalischen Phänomenen beruht, wird dazu beitragen, diese Zeit auf Werte in der Größenordnung einer Pikosekunde zu reduzieren. Dank dessen ist es heute möglich, riesige Laserpulse zu erhalten, deren maximale Leistung sogar mehrere hundert Terawatt erreichen kann.Natürlich werden solche starken Strahlen nur in speziellen Vorrichtungen benötigt (zum Beispiel um eine thermonukleare Reaktion auszulösen). In vielen anderen Fällen werden Impulse mit viel geringerer Leistung verwendet.
Stellen wir nun eine wichtige Frage: Ist es möglich, solche intensiven Lichtstrahlen billiger und einfacher zu erhalten, und zwar mit Hilfe herkömmlicher Hochleistungslampen? Dies bezieht sich sowohl auf Lampen, die im Dauerbetrieb arbeiten (z. B. Lampen von Flugzeugreflektoren oder Kinokameras) als auch auf Blitzlampen (z. B. Taschenlampen, die in der Fotografie verwendet werden).
Die Antwort hängt davon ab, welche Art von Strahlen wir erhalten möchten oder mit anderen Worten, von welcher Kraft und von welcher Art von Divergenz wir sprechen. Wenn uns die Divergenz des Strahls gleichgültig ist, können herkömmliche Lampen nur bis zu einer bestimmten Grenze mit Lasern konkurrieren. Diese Grenze liegt jedenfalls deutlich unter einem Terawatt. Oberhalb dieses Niveaus hat der Laser keine Konkurrenten.
Je weniger divergierende und stärkere Strahlen wir erhalten möchten, desto niedriger liegt natürlich die Grenze, über der wir traditionelle Lichtquellen aufgeben und uns Lasern zuwenden müssen. Wie bereits erwähnt, könnten klassische Lichtquellen die hohen Genauigkeitsanforderungen, die an eine Lichtquelle bei der Messung der Entfernung von der Erde zum Mond gestellt wurden, nicht erfüllen. In diesem Experiment musste ein gepulster Laser verwendet werden.
Gavrilova N.V.
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