Сконструировали его, конечно, не для того, чтобы заставить работать в лазерах вещества во всех их трех состояниях — твердом, жидком и газообразном,— чтобы, как говорится, никому обидно не было. Дело здесь в другом: у лазера каждого типа есть свои достоинства и недостатки.
В твердых веществах можно создать большую концентрацию излучающих атомов и, значит, получить большую энергию с одного кубического сантиметра стержня. Но их трудно делать, они дороги и к тому же могут лопаться из-за перегрева во время работы в самый неподходящий момент.
Газы очень однородны оптически, рассеяние света в них мало, поэтому размер газового лазера может быть весьма внушительным: длина 10 метров при диаметре 10—20 сантиметров для него не предел. Но такое увеличение размера никого не радует. Это вынужденная мера, необходимая для того, чтобы компенсировать
ничтожное количество активных атомов газа, находящегося в трубке лазера под давлением в сотые доли атмосферы. Прокачка газа несколько спасает дело, позволяя уменьшить размер излучателя (помните, 90 сантиметров вместо100 метров в установке ЛТ-1). Но для того, чтобы гонять газ по замкнутому кругу, нужен насос, холодильник, различные фильтры... А в результате та же ЛТ-1 занимает площадь двадцать квадратных метров при высоте установки около трех метров...

Жидкости объединяют в себе достоинства и твердых и газообразных лазерных материалов: плотность их всего в два-три раза ниже плотности твердых тел (а не в сотни тысяч раз, как плотность газов). Поэтому количество их атомов в единице объема примерно одинаково. Значит, жидкостный лазер легко сделать таким же мощным, как лазер твердотельный. Оптическая однородность жидкостей не уступает однород-
ности газов, а значит, позволяет использовать большие ее объемы. К тому же жидкость тоже можно
прокачивать через рабочий объем, непрерывно поддерживая ее низкую температуру и высокую
активность ее атомов. Наиболее широко распространены

ЛАЗЕРЫ НА КРАСИТЕЛЯХ

Называются они так потому, что их рабочая жидкость — раствор анилиновых красок (вроде тех, которыми хозяйки дома красят шерсть и хлопок) в воде, спирте, кислоте и других растворителях.

Жидкость налита в плоскую ванночку-кювету. Кювета, разумеется, установлена между зеркалами. Энергия молекулы красителя «накачивается» оптически, только вместо лампы-вспышки на первых порах использовались импульсные рубиновые лазеры, а позднее—лазеры газовые. Лазер-накачку внутрь жидкостного лазера не встраивают, а помещают в сторонке, вводя его луч в кювету через окошко в корпусе. Сейчас, правда, удалось добиться генерации света и с импульсной лампой, но не на всех красителях. Растворы могут излучать импульсы света различной длины волны—от ультрафиолета до инфракрасного света—и мощностью от сотен киловатт до нескольких мегаватт (миллионов ватт), в зависимости от того, какой краситель налит в кювету. Лазеры на красителях обладают интересной особенностью. Все лазеры излучают строго на одной длине волны (это явление, как вы помните, называется монохроматичностью). Это их свойство лежит в самой природе вынужденного излучения атомов, на котором основан весь лазерный эффект. В больших и тяжелых молекулах органических красителей вынужденное излучение возникает сразу в широкой полосе длин волн. Чтобы добиться от лазерана красителях монохроматичности, на пути луча становится светофильтр. Это не просто окрашенное стеклышко, какое, например, служит фильтром при фотографи-ровании. Он представляет собой набор стеклянных пластин, которые пропускают только свет одной длины волны. Меняя расстояние между пластинами, можно слегка изменить длину волны лазерного излучения. Такой лазер называется перестраиваемым. А для того, чтобы лазер мог генерировать свет в разных участках спектра — переходить, скажем, от синего к красному свету или от ультрафиолетового к зеленому,—достаточно сменить кювету с рабочей жидкостью. Именно так работает перестраиваемый лазер "Радуга", созданный белорусскими физиками.

Он имеет десять кювет с разными красителями, которые укреплены на вращающемся переключателе диапазонов излучения. В пределах каждого диапазона излучение можно подстраивать при помощи фильтра. Благодаря всему этому лазер может излучать свет любой длины волны - от ультрафиолетовых до тепловых, инфракрасных, лучей; полоса излучения у него широкая.

Если несколько лет назад подобные лазеры были уникальными устройствами, которые использовались только для лабораторных, исследовательских целей, то теперь они приобрели немало профессий. Наиболее перспективны они оказались для исследования структуры вещества. Перестраивая частоту излучения,
можно узнать, свет какой длины волны поглощается или рассеивается на пути луча. Таким способом можно определить состав атмосферы и облаков на расстоянии до двухсот километров, измерить загрязненность воды или воздуха, указав сразу, какого размера частицы его загрязняют. То есть можно построить прибор, автоматически и непрерывно контролирующий чистоту воды и воздуха! И такой прибор уже построен. Лазерный луч ощупывает воздушное пространство над городом, чувствительные приборы измеряют силу рассеянного света и записывают результат на бумажную ленту. Когда количество частиц грязи в воздухе возрастает сверх нормы, прибор включает сигнал тревоги.

Но—интересное явление!—наряду с широкополосными жидкостными лазерами существуют и такие, у которых, наоборот, монохроматичность гораздо выше, чем у лазеров на твердом теле или на газе. И привела к созданию таких лазеров очень простая идея. Если существуют лазеры, где свет излучают атомы редкого элемента неодима, с солями которого сварена стеклянная масса, то почему бы эти соли не растворить и не залить их в кювету? Свойства таких жидкостей не ограничивают размера кюветы (твердые стержни, как вы помните, бессмысленно делать длиннее 50—60 сантиметров), а ширина полосы излучения такого лазера становится в сто раз уже, чем у твердотелого лазера на неодимовом стекле. «Но позвольте,— может сказать тот, кто внимательно читал первую главу,— ведь лазер монохроматичен, то есть излучает свет од-
ной длины волны. О какой же полосе излучения идет речь?»
На самом деле любой лазер излучает свет в пределах какого-то интервала длин волн, правда, очень узкого интервала. Поэтому, строго говоря, абсолютной монохроматичности излучения не существует—это некоторая идеализация. Длина волны света лазера может "гулять", укорачиваясь и удлиняясь примерно на одну сотую (у хороших лазеров). Чем меньше расстояние между зеркалами, тем эта полоса шире. У по-
лупроводниковых лазеров,например, она составляет уже несколько длин волн, а у лазера на основе солей неодима эта полоса—одна десятитысячная!

Такое постоянство длины волны можно получить только у больших газовых лазеров, да и то, если принять всяческие необходимые для этого меры: обеспечить устойчивость температуры трубки, силы тока, ее питающего, и включить в схему лазера систему автоматической подстройки длины волны излучения. Мощ-
ность излучения при этом должна быть минимальной: при ее повышении полоса расширяется. Зато в жидкостном неодимовом лазере узкая полоса излучения получается сама собой и сохраняется даже при заметном повышении мощности излучения, а это крайне важно для всякого рода точны измерений—световая волна служит для них как бы линейкой с делениями. Уложился на каком-то отрезке, скажем, миллион длин
волн, умножим это число на длину волны, получим длину отрезка. Поэтому от того, насколько аккуратно разбита линейка на эти деления, то есть насколько точно выдерживается длина волны света, излучаемого лазером, зависит и точность измерений. Уменьшение полосы излучения лазера в сто раз сулит стократное увеличение точности измерения длин!