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 Como evidenciado pelos fatos, um feixe de laser pode transportar energia suficiente para realizar cirurgias, perfurar diamantes e até mesmo aquecer quantidades microscópicas de uma substância a temperaturas de milhões de graus.
Quanta energia um feixe de laser pode carregar? Depende do tipo de laser, da potência da fonte que o fornece, bem como das condições de seu funcionamento, que determinam a eficiência de utilização da energia fornecida.
E com os lasers CW, a energia de entrada é continuamente convertida na energia da radiação emitida pelo laser. A potência dos feixes emitidos por esses lasers varia de miliwatts a dezenas de quilowatts (a mesma quantidade que mil lâmpadas de cem watts emitem na faixa visível). Com esses feixes de luz de quilowatts, devidamente focalizados, por exemplo, por uma lente, é possível cortar uma folha de aço com centímetros de espessura da pele de um navio a uma velocidade de cerca de um centímetro por segundo. Lasers menos potentes são usados para outros fins que não requerem feixes de luz tão poderosos.
 O laser mais poderoso visto com seus próprios olhos no Instituto de Pesquisa Naval em Washington, DC, deveria emitir um feixe de cerca de um megawatt (milhões de watts ou mil quilowatts) em segundos. Este laser, junto com dispositivos auxiliares, ocupou duas salas de laboratório bastante grandes. Não há nada de particularmente surpreendente aqui, já que a potência de seu feixe era igual à potência de cerca de cinquenta motores de automóveis de passageiros de classe média.
Para muitos propósitos, entretanto, mesmo os feixes de megawatts são fracos e requerem feixes ainda mais poderosos. Por exemplo, um laser "lunar" deveria enviar um feixe com uma potência de vários milhões de watts. O feixe de luz após reflexão da Lua retorna à Terra bastante enfraquecido devido à absorção e espalhamento na atmosfera terrestre, espalhamento na superfície da Lua, etc. A sensibilidade do equipamento de registro da luz refletida exclui a possibilidade de usar até mesmo o fontes de luz tradicionais mais fortes para a localização da lua. Um feixe de luz suficientemente intenso só poderia fornecer um laser com uma potência de vários megawatts. Para iniciar uma reação termonuclear, é necessário um laser ainda mais forte - sua potência deve ser da ordem de pelo menos vários milhões de megawatts.
A criação de um laser de onda contínua tão poderoso ainda não é realista. Esse laser teria que ter, acima de tudo, dimensões monstruosas. Também seria uma tarefa difícil fornecer energia a esse colosso e também seria difícil estabelecer o resfriamento. A eficiência de um laser está normalmente na faixa de alguns a dez por cento, de modo que apenas uma fração relativamente pequena da entrada de energia do laser é emitida como radiação. O restante é dissipado, eventualmente transformando-se em calor, que deve ser retirado da instalação do laser, submetendo-o a um resfriamento suficientemente intenso.
Um laser que emitisse continuamente um feixe de um milhão de megawatts consumiria energia gerada simultaneamente por vários milhares de usinas de médio porte. Durante a operação de tal laser, milhões de consumidores teriam que ser privados do fornecimento de energia. Talvez ainda possa ser resolvido de alguma forma, mas como um gigante pode ser resfriado?
No entanto, apesar do fato de que há necessidade de tais feixes de luz poderosos, não há necessidade de construir tais lasers cw.O fato é que em todas as aplicações em que há necessidade de feixes de laser de ultra-alta potência, não importa se o laser emitirá radiação em um milésimo ou milionésimo de segundo. Na maioria das vezes, a radiação laser é necessária apenas por um curto período de tempo. Em suma, estamos falando do fato de o feixe de laser ter tempo de causar o efeito desejado no objeto recebido, antes de se tratar de processos indesejáveis associados à energia da radiação laser absorvida pelo objeto. Se, por exemplo, ao usar um feixe de laser para remover tecido doente durante uma operação, os flashes durassem muito tempo, o tecido saudável adjacente ao doente também poderia sofrer superaquecimento perigoso. Se a radiação laser contínua for usada para fazer um furo em um diamante em vez de flashes separados, o diamante superaquecerá, derreterá e, como resultado, uma parte significativa do diamante evaporará.
 Os exemplos acima indicam a necessidade de usar tais pulsos de laser curtos para que a energia absorvida pelo objeto irradiado não tenha tempo para se dissipar devido aos processos de condução de calor. Claro, existem muitos mais indesejáveis e muitas vezes prejudiciais mecanismos de dissipação de energia. No caso geral, estamos falando sobre o fato de que o feixe de laser teve tempo para completar sua tarefa antes que os fatores listados interferissem nele. É por isso que, em muitos dispositivos, os pulsos de laser devem ser muito curtos, e a expressão "muito curto" às vezes significa um nanossegundo ou até menos tempo.
Agora fica claro para nós, ditado pela necessidade, uma ideia simples de economia de energia, a partir da qual é possível obter feixes de potência gigantesca a custos energéticos relativamente baixos. Em vez de produzir, digamos, um joule de energia na forma de radiação (esta é uma quantidade muito pequena) por um segundo, ou emitir um feixe de um watt (1 W = 1 J / s), ele simplesmente segue a mesma quantidade de energia (um joule) é emitido mais rápido como um pulso relativamente curto. Quanto mais curto for o pulso, maior será a potência do feixe. Se, por exemplo, uma explosão de radiação durar um milissegundo (um microssegundo, um nanossegundo), então o feixe terá uma potência 1000 vezes maior (relativa).
Obviamente, com uma contribuição de energia 1000 vezes maior (1 kJ ao invés de 1 J), descobrirá (em cada um dos casos acima) que o feixe é 1000 vezes mais poderoso. Se o tempo de emissão (emissão) equivalesse a um valor da ordem de um nanosegundo, então, neste caso, seria obtido um feixe com potência de um terawatt. Focado, por exemplo, com uma lente na superfície do corpo em um ponto de cerca de 0,1 mm de diâmetro, tal feixe daria ao foco um valor inimaginável de intensidade - 10 à 20ª potência de W / m2! (Para efeito de comparação, a intensidade da luz de uma lâmpada de 100 watts a uma distância de 1 m dela é da ordem de alguns décimos de watt por metro quadrado.)
Resta uma pergunta, aparentemente inocente à primeira vista: como reduzir o tempo de radiação do laser em uma dada energia total do feixe? Tal tarefa é um problema complexo de natureza física e técnica. Não entraremos em tais sutilezas aqui, porque para nossa história a questão de receber um pulso curto é muito especial. Em qualquer caso, hoje a situação é a seguinte: o tempo de emissão de luz por um laser pulsado sem quaisquer dispositivos adicionais que forçassem o laser a emitir luz mais rápido é da ordem de alguns microssegundos (ou um décimo de um milésimo de segundo).
O uso de dispositivos adicionais, cuja operação é baseada em alguns fenômenos físicos, ajudará a reduzir esse tempo para valores da ordem de um picossegundo. Graças a isso, hoje é possível obter pulsos de laser gigantes, cuja potência máxima pode chegar a várias centenas de terawatts.É claro que esses feixes poderosos são necessários apenas em dispositivos especiais (por exemplo, para iniciar uma reação termonuclear). Em muitos outros casos, pulsos de potência muito menor são usados.
Agora vamos fazer uma pergunta importante: é possível obter feixes de luz tão intensos mais barato e mais fácil, nomeadamente com o auxílio das tradicionais lâmpadas de alta potência? Isso se refere a lâmpadas que operam em modo contínuo (por exemplo, lâmpadas de refletores de aeronaves ou câmeras de filme) e lâmpadas de flash (por exemplo, lanternas usadas em fotografia).
A resposta depende de que tipo de feixes gostaríamos de obter, ou, em outras palavras, de qual potência e de que tipo de divergência estamos falando. Se formos indiferentes à divergência do feixe, as lâmpadas tradicionais são capazes de competir com os lasers apenas até um certo limite. Esse limite está, em todo caso, bem abaixo de um terawatt. Acima deste nível, o laser não tem concorrentes.
É claro que quanto menos divergentes e mais poderosos feixes quisermos obter, mais baixo será o limite, acima do qual teremos que abandonar as fontes de luz tradicionais e nos voltar para os lasers. Como já mencionado, as fontes de luz clássicas não seriam capazes de satisfazer os requisitos de alta precisão que foram impostos a uma fonte de luz ao medir a distância da Terra à Lua. Neste experimento, um laser pulsado teve que ser usado.
Gavrilova N.V.
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