Проклятые вопросы

Затем был найден другой способ. Его назвали пассивным, ибо он сделал ненужным применение движущихся элементов или других способов внешнего воздействия на систему обратной связи. Происхождение названия «пассивный» возникло потому, что элемент, управляющий включением обратной связи, «пассивно ждёт», пока рабочий элемент лазера запасает в себе энергию. Затем происходит самоуправляемый процесс, ход которого зависит от свойств и размеров рабочего элемента лазера и от свойств «пассивного» управляющего элемента.

Этот элемент представляет собой кювету с раствором одного из специальных красителей. Кювета и рабочий элемент лазера расположены соосно между зеркалами обратной связи. Концентрация красителя выбрана такой, что зеркала «не видят» друг друга из-за сильного поглощения света красителем.

При включении лампы-вспышки в ионах, сообщающих лазерные свойства веществу, из которого изготовлен рабочий элемент лазера, быстро накапливаются запасы энергии. Эта энергия частично превращается в световую энергию в результате люминесценции — явления, порождающего свечение люминесцентных ламп (например, ламп дневного света), свечение циферблатов часов, свечение гнилушек, светлячков и некоторых морских организмов. Это свечение возникает в ионах рабочего элемента лазера, причём в каждом из ионов независимо — по законам случая.

Однако по мере накопления энергии в рабочем элементе всё большее количество ионов приобретает способность к люминесценции. Постепенно таких ионов становится так много, что они перестают быть независимыми. Когда способность к люминесценции приобретёт более половины ионов, содержащихся в рабочем элементе, возникнет эффект, предсказанный Эйнштейном в 1918 году, задолго до лазерной эры. Эйнштейн назвал его вынужденным испусканием. Суть его состоит в том, что фотон, испущенный одним ионом (или другой квантовой системой микромира), побуждает другие ионы того же типа испустить точно такой же фотон, причём в том же направлении. Имеется в виду, что первый из испущенных фотонов пролетает достаточно близко к ионам, получившим дополнительную энергию (в нашем случае — получившим её от лампы-вспышки).

В результате этого число актов вынужденного испускания быстро, подобно лавине, возрастает по мере того, как первоначальный фотон порождает себе свиту близнецов. Физики называют такой процесс вынужденной люминесценцией. Она развивается особенно сильно вдоль рабочего элемента и, выходя через его торец, обращённый в сторону кюветы с красителем, поглощается в нём.

Но поглощающая способность красителя не безгранична. Поглощая фотоны, он постепенно обесцвечивается. При этом часть фотонов проникает сквозь кювету, отражается от зеркала, вторично проходит сквозь кювету и опять попадает в рабочий элемент. Там эти фотоны снова вызывают новые акты вынужденного испускания. Поток фотонов, усиленный таким образом, отражается от второго зеркала обратно в рабочий элемент.