В океане энергии

Эстафета

При спонтанных переходах нельзя предсказать заранее ни момент времени, когда атому вздумается перейти с более высокого энергетического уровня на более низкий, ни направление, в котором будет излучен фотон. Но кроме спонтанных переходов, возможны также вынужденные переходы. Представьте себе, как команды легкоатлетов соревнуются в эстафетном беге. Вот бегун е палочкой в руках приближается к границе этапа. Его товарищ по команде, ожидающий своей очереди, сначала совершает какие-то не совсем понятные движения, потом разбегается и почти на самой линии палочка переходит из рук в руки. Примерно то же самое происходит, когда поблизости от атома, находящегося в возбужденном состоянии, пролетает фотон, впрочем, не любой фотон, а такой, энергия которого почти в точности равна разности между энергиями возбужденного и более низкого состояний атома.

Фотон — порция электромагнитного излучения, и нет ничего необычного в том, что возбужденный атом «чувствует» его приближение заранее. Он «настраивается» определенным образом (вспомните радиоприемник). А каков результат? Под воздействием пролетающего мимо фотона возбужденный атом переходит на более низкий энергетический уровень и, в свою очередь, излучает фотон. Но не зря атом настраивался. У двух фотонов, пролетающего и излученного, одинаковыми оказываются не только энергии, а значит, и частоты, но и импульсы. Оба фотона летят строго в одном и том же направлении, как бегуны в эстафете.

Но и это еще не все. Оказывается, колебания пролетавшего фотона и колебания вновь образованного фотона совершаются в одной фазе. Что это значит? У двух волн в один и тот же момент — гребень и в один и тот же момент ->— впадина. Если теперь каждый из пары фотонов встретит по возбужденному атому, то произойдут два вынужденных перехода. Фотонов станет четыре. Затем, их может стать восемь, шестнадцать и т.д. Все они имеют строго одинаковые значения энергии, одинаковые фазы и одинаковые импульсы, т. е. движутся как солдаты на параде в ногу и в одном направлении.

Фотоны, образовавшиеся в результате последовательных актов вынужденного излучения, образуют строго параллельный световой пучок, причем у всех фотонов пучка энергия одна и та же, а значит, одна и та же частота или, проще говоря, один и тот же цвет Такой световой пучок называют монохроматическим. Кроме того, электромагнитные колебания у всех фотонов совершаются в одной и той же фазе. Такой световой пучок называют когерентным.

Так что же, образовать строго параллельный да к тому же еще когерентный световой пучок совсем просто? Получается, что нужно лишь располагать веществом, часть атомов которого находится в возбужденном состоянии, а потом подействовать на это вещество одним-един-ственным фотоном с нужной энергией. Чем. больший