меняется. Если к тому же они идут согласованно — вершина к вершине,— свет будет когерентным.

Один атом (на него показывает черная стрелка) излучил фотон. Этот фотон по дороге заставляет излучить второй атом, потом третий, четвертый — по веществу идет световая лавина, возникает вынужденное излучение.

Значит, если накопить достаточно большое количество возбужденных атомов, которые будут «жить» в этом состоянии достаточно долго, и если создать мощный поток квантов, летящих в одном направлении, получим систему, способную генерировать когерентный свет и называемую

ОПТИЧЕСКИЙ КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР, ИЛИ ЛАЗЕР

Слово «лазер» составлено из первых букв английской фразы, означающей: «усиление света при помощи вынужденного излучения».

Сделаем лазер так.

Возьмем стержень или пластинку, сделанную из материала, от которого мы хотим добиться излучения. Материал должен быть прозрачным, чтобы свет пронизывал его насквозь. Самые распространенные материалы для стержней — искусственно выращенные кристаллы рубина или граната (или стекло, в которое добавлено небольшое количество редкого элемента неодима). Стержни обычно бывают диаметром от 6 до 20 миллиметров и длиной от 10 до 60 сантиметров. Сам лазер часто именуется по материалу стержня. Так, выражение «рубиновый лазер» совсем не означает, что весь прибор сделан из этого драгоценного камня. Просто внутри него находится кристалл искусственного рубина размером с карандаш.

Рядом со стержнем поместим осветитель, его называют лампой накачки. Лампа будет импульсной, вроде тех ламп-вспышек, которыми пользуются фотографы,— все процессы в атомах проходят за миллионные доли секунды, так что надолго включать ее нет смысла. Осветитель вместе со стержнем окружим отражателем, чтобы ни один квант света накачки не пропал зря. Возле торцов рабочего стержня установим два зеркала: сзади — глухое, отражающее весь падающий на него свет (или призму, такую, какая нарисована на с. 52), спереди — полупрозрачное. Зеркала установим строго параллельно друг другу и перпендикулярно оси стержня. Лазер готов. Подключим к лампе накачки провода от источника питания и нажмем пусковую кнопку. Лампа вспыхнула. Теперь для того, чтобы увидеть, что происходит в лазере, нам потребуется «лупа времени», позволяющая рассмотреть подробности событий, происходящих в миллионные доли секунды. Этой лупой послужит наше воображение.

Итак, лампа вспыхнула. Поток световой энергии обрушился на вещество стержня. Его атомы быстро переходят в возбужденное состояние. С каждым мгновением таких возбужденных атомов становится все больше и больше. Но долго в возбужденном состоянии они не живут, в среднем всего одну стомиллионную долю секунды, а потом переходят в нормальное, невозбужденное состояние. На рисунке видно, как один атом испустил квант света, за ним — другой, третий... Но кванты эти летят почти поперек стержня. Поэтому, заставив по дороге излучить в том же направлении еще несколько атомов, они быстро его покидают. А лампа горит, и излучившие свет атомы вновь возбуждаются. Но вот совершенно случайно несколько атомов излучили кванты вдоль оси стержня. После каждого столкновения с атомами число квантов удваивается, поток излучения движется вдоль стержня и растет, как лавина. Отражаясь в зеркалах, излучение многократно пронизывает стержень, заставляя все атомы без исключения нести свою долю энергии в общий поток света. Сквозь полупрозрачное зеркало-окошко этот свет вырывается наружу. Вспышка! Ее длительность около одной миллионной доли секунды. А лампа все еще горит, и через три миллионных доли секунды все повторится снова. И опять, и опять, до тех пор, пока яркости света уже потухающей лампы-вспышки не станет мало для поддержания генерации. Лампа накачки горит около одной тысячной секунды, четверть этого времени она разгорается, столько же времени погасает. Но и за оставшееся время лазер успевает сделать около двухсот вспышек, слитых в один световой импульс длительностью несколько десятитысячных секунд. На скоростном снимке видно, что он похож на гребенку и

--">