Physics
Lazers
Comments 63
-15
Луч не может быть лазерным и распространятся в воздухе, потому что это геометрическая сущность.
В воздухе распространяется лазерный, простите, пучок
0
Пучок — это связка продолговатых предметов. А касательно квантов изЛУЧения есть определенные сомнения, что они продолговатые и связаны.
-5
Интересно, когда ознакомитесь с терминологией, будете ли извиняться?
+1
Уел.
Но у лазерного пучка есть одно из фундаментальных отличий от солнечного луча — он имеет гауссову форму, т.е. энергия не сосредоточена на прямой, даже в приближении. Он характеризуется двумя параметрами — радиусом стяжки w и углом расходимости theta
0
Я нифига не спец по лазерам, но они разве не являются подмножеством просто света? Т.е. свет — это поток фотонов, лазерный (луч|пучок) тоже состоит из фотонов, только с более специфическими свойствами. Соответственно, если мы можем говорить «луч» про свет, мы можем говорить «луч» про лазер, т.к. лазер — это тоже свет (ну тут, видимо, придется несколько расширить понятие света, правда, т.к. лазер может светить за пределами видимого спектра).
0
Хм, лазеры бывают УФ, видимого диапазона и ИК. А свет — только видимого. Может свет — это подмножество лазеров?
+2
Википедия, относительно лучей и волновых процессов говорит следующее:
Луч — линия, нормальная к волновой поверхности.

Или про оптику:
Световой луч в геометрической оптике — линия, вдоль которой переносится световая энергия.


Так что, вполне уместно говорить, про лазерные лучи.
-6
Так а где там про поток фотонов, если это нормаль к волновой поверхности?
>в геометрической оптике
Если внимательно прочитать мой самый первый коментарий, то можно увидеть, что я там пишу про то, что луч — это геометрическая сущность. Геометрические сущности не распространяются в воздухе. Солнечный луч — это абстракция. Это как сердечко рисовать — все знают, что имеется ввиду. А тот, кто не знает, очень удивиться увидев настоящее сердце.
0
В физической оптике свет — ЭМ излучение видимое человеком, но в более широком смысле и любое оптическое излучение. И свет ни в коем случае не может быть подмножеством лазеров, так как лазер это light amplification by stimulated emission of radiation «усиление света посредством вынужденного излучения». И да, луч по еще школьному определению луч — имеющая начало часть прямой. Так как лазерное излучение имеет начало а конца не имеет и (в вакууме без гравитационных источников и препятствий на пути, раз Вы так любите придираться к словам) распостраняется по прямой то термин «лазерный луч» имеет право на существование. В конце концов «электронная дырка» тоже чудовищная абстракция, но ей почему-то все пользуются.
0
Да, системный блок по этой логике тоже можно называть процессором. Школьное определение — из геометрии. И что значит слово ЛАЗЕР я тоже знаю, а тэг «сарказм», очевидно, на хабре обязателен. Оптика, судя по всему, в более широком смысле изучает прямолинейное поступательное движение тел, динамику жидкости и газа, а также теории поля и относительности.
0
Нет, не в курсе, но пример-то отличный. Нам не мешает существовать непонимание электрических связей в атоме, но это же не повод не пытаться разобрать, перестать учиться и развиваться?
0
А Вас достаточно времени чтобы разобраться хотя бы во всех направлениях только физики? В данной статье разницы между световым пучком и световым лучом никакой. Тем более что «световой пучок» подразумевает пучок чего-то (а если точнее, световых лучей). Опять же, выйдя на улицу Вы говорить «сильный ветер» а не «суммарная скорость движения элементарных струек воздуха превосходит нормальную для данного времени суток/года».
0
«Лазерность» и форма пучка никак не связаны между собой. Люди стараются получить нечто максимально похожее на гауссов пучок лишь потому, что он имеет минимальную дифракцию.
0
Ээээ, а мужики-то не знают. Линзы зачем-то ставят для фокусировки.
А вообще что такое «лазерность»? Что отличает «лазерное» излучение от иного излучения и следствием чего являются эти отличительные особенности?
Зачем вообще нужны лазеры с такими смешными КПД в дай бог единицы процентов?
+1
«Лазерность» определяется принадлежностью фотонов к одной и той же моде (то есть когерентностью), точка. Мода задаёт форму пучка, но она далеко не обязательно гауссова. Простейший пример — берём лазерный пучок гауссовой формы и закрываем половину: пучок по прежнему лазерный, но уже не гауссовый.

К чему вы упомянули линзы и КПД, я не понял. КПД никак не связан с формой пучка, линзой вы форму пучка тоже не улучшите. К когерентности опять же ни КПД ни линзы отношения не имеют никакого.
0
Согласен, спасибо.
Один только вопрос, что будет, если закрыть половину луча?
0
Пучок начнёт расходиться под большим углом, точнее не скажу, нужно численный счёт запускать.

А вот если перекрыть половину одномодового оптоволокна, часть излучения останется в той же моде, а остальное «вывалится» наружу. Собственно, обычно у волоконных лазеров на выходе получается самый приближенный к гауссовому пучок, потому что резонатор по определению поддерживает только одну геометрическую моду.
0
Так это если пучок перекрыть. А что будет, если перекрыть половину луча? Понимаете, куда клоню?
+1
Простите, вам никогда не говорили, что вы педант?

Строго говоря, световой луч — линия, в математическом её понимании, а ограниченное световое поле, распространяющееся вдоль луча, называется световым пучком. Но за пределами научных статей слово «луч» повсеместно используется в качестве заместителя слова «пучок», в том числе и для лазеров. Более того, поиск в гугле по «луч лазера» выдаёт 110 000 результатов против 12 000 для «пучок лазера».
+11
Вот мне еще тут пишут в личку про то, чему есть место на хабре. И чему, соответственно, нет.

Судя по голосам за комменты, прикольчикам места на хабре хватает, а вот базовой информации из области, несвязанной с ИТ, даже высказанной в негрубой форме, места нет.

Вот если бы я написал в топике, что размер переменной double — 24 бита, меня бы первым же комментом поправили, что, мол, зависит от компилятора и его настроек, и это был бы самый заплюсованный коммент, что бы там еще в топике написано не было.
+3
Не совсем понятно. Вот у нас изначально есть какой-то направленный источник света. С помощью него пытались передавать информацию по воздуху, но получалось плохо из-за рассеивания света на частицах воздуха. Авторы же предлагают сначала стрельнуть мощным и коротким импульсом света, который, по их задумке, должен создать канал типа оптоволокна, по которому уже будет идти свет с информацией и как бы рассеиваться меньше, чем без такого канала.
Вопрос1: а этот предварительный импульс света точно так же должен рассеиваться в воздухе, или нет?
Вопрос1а: если нет, то почему?
Вопрос1б: если да, то какая тогда разница?
Вопрос2: а на какую дальность такой канал остаётся эффективным?
+2
1) Пусть рассеивается, лишь бы канал сформировал.
1б) Потому что с каналом лучше.
2) Если канал эффективен на расстояние x, то луч, пущенный по каналу, пролетит немного дальше и перенесёт немного больше энергии. Как бы мал не был этот x.

И мне кажется, что эффект можно мультиплицировать — добавить лазеры вокруг лазеров, чтобы создавать каналы для каналов. Ну вы поняли.
0
Насколько я понял вспомогательные лучи это как первая ступень у ракеты: позволяют увеличить дальность полета луча за счет уменьшения рассеивания в воздухе на первом этапе полета. Их вспомогательное действие через какое-то расстояние прекращается и луч начинает лететь с большим рассеиванием. В итоге получаем увеличение эффективной дальности лазера может в 2 раза, может чуть меньше.

Позволю себе немного пофантазировать.

Могу предположить что можно использовать больше одной «ступени», что позволить неограниченно увеличивать дальность полета. Т.е. обернуть первую «ступень» из лучей в ещё одну обертку из лучей, и так далее, на сколько хватит ресурсов и на сколько это нужно. Скорей всего это окажется слишком затратно для гражданских целей. Но вот ракеты сбивать скажем получается удобно — можно регулировать дальность полета луча количеством оберток, хоть спутники сбивай, хоть цели на небольшой высоте. Повторюсь — это мои размышления на тему :)
0
Ключевое слово — «фемтосекундная». Там можно такую мощность вкачать за фемтосекунду, что нулей не хватит на калькуляторе. При этом оборудование выживет, потому что средняя мощность будет невелика. А дальше уже работаем обычным лазером.
+5
В топике упущен довольно важный момент — зона повышенного давления в центре создается не просто за счет прогрева воздуха и снижения давления вокруг, а за счет звуковой волны, формирующейся за счет очень быстрого нагрева. Причем условия подбираются таким образом, чтобы сфокусировать эту волну в центре пучка:

«The rapid heating caused by the laser pulses generates a ring of tiny sound waves that converge on a center point, creating a high-pressure channel in the middle»

«Быстрый нагрев с помощью лазерных импульсов создает кольцо небольших звуковых волн, которые сходятся в центральной точке, формируя канал высокого давления в середине»


Скорее всего излучение, которое собираются передавать по такому каналу — тоже импульсное, хотя и не обязательно фемтосекундное. ИМХО для коммуникаций это не очень интересно, поскольку гораздо проще увеличить диаметр пучка, что снизит как плотность мощности (а значит и нагрев воздуха и прочие нежелательные эффекты), так и дифракционную расходимость.
+1
Что бы ни стояло за этим — насколько красивая идея! Просто и эффективно.
0
Интересно-интересно. Rafael, когда рассказывали о противоракетном лазере, тоже говорили что там будет несколько излучателей. Может, поэтому.
0
Идея хорошая и имеет право ни развитие.
Отношение сигнал / шум в такой системе растет однозначно. Но вот что такое большая дальность? Большая дальность для лидаров и лазерных спектроскопах система конечно обеспечит. А вот для расстояний сотни — тысячи километров это уже проблема.
Проблемой будет и передача силового пучка в военных целях. Потому что мощность фемтосекундного лазера, как правило, мала, а тепловые и ударные волны требуют приложения мощности, а не энергии.
Особенность фемтосекундного лазера короткий импульс с заданной энергией. При этом то что определяет выделение тепла — мощность (тут нельзя сказать средняя мощность) невысока. А тепловые эффекты и ударные волны определяются именно тепловыделением. Рост мощности у фемтосекундного лазера ограничен электрической прочностью среды Свет лазера это электромагнитная волна, при превышении напряженности электрического поля электропрочности среды происходит электрический пробой среды. В этом случае вся энергия лазерного пучка выделяется в месте пробоя.
При транспортировке силового лазерного пучка фемтосекундный лазер может служить инициатором пробоя для силового лазера.
Извините, возможно я слишком углубился, но знание практики лазерной техники заставляет меня сомневаться в некоторых аспектах применения данной идеи.
0
А как насчет передачи энергии на расстоянии и космического лифта?
0
Передача энергии на расстояние уже имеет место быть. Простейший вариант бесконтактная зарядка смартфона. Сейчас этого нет, но в 60х годах ее показывали даже в школе на уроках физики. Использовали простой виток с лампочкой и ВЧ генератор. Все наглядно.
Главная проблема передачи энергии — это КПД такой системы. На последний влияют множество факторов. И он настолько мал, что применение таких устройств пока просто нерентабельно.
Что касается лифта, то как говорил Архимед «Дайте мне точку опоры и я переверну мир».
Перефразируя можно сказать " создайте материал с необходимыми весо-прочностными характеристиками и поедем на орбиту на лифте".
0
Алекс, ну, вроде не на форуме для домохозяек :-) Я, может, непонятно выразился, вот что я имел ввиду: www.spaceward.org/games
и вот это: lasermotive.com/wp-content/uploads/2012/03/Laser-Power-Beaming-Fact-Sheet.pdf
Если я правильно понимаю, то можно с использованием описанной в топике технологии увеличить и кпд и дальность…
0
:-), ну вот, а я, прочитав вопрос, грешным делом подумал…
Но я отвечу чтобы было понятно не только специалистам.
Таких и подобных технологий известно много (кроме приведенных ссылок), но пока не существует известных конструкций. А работающая модель единственное доказательство гипотезы.
Для обсуждения ссылок надо открывать отдельный пост.
0
Так они ж каждый год катают вертикально тележки по канату, подвешенному на вертолете, питание — лазером. Так что все работает. Не так хорошо, как хотелось бы, но лиха беда — начало.
0
Но, согласитесь, идею можно демонстрировать и в комнате.
0
Потому что мощность фемтосекундного лазера, как правило, мала, а тепловые и ударные волны требуют приложения мощности, а не энергии

Может быть, вы перепутали мощность и энергию? В противном случае особенно вторая часть предложения (про тепловые и ударные волны) как-то совсем теряет физический смысл.
0
Может быть сказано немного неточно, но чуть ниже я писал: «тепловые эффекты и ударные волны определяются именно тепловыделением».
Эффекты тепловыделения (или просто тепловыделение) в луче не могут превышать мощность потребляемую лазером от розетки.
Автор заметки пишет: «Эта вспышка прогревает воздух вокруг пути, по которому пойдёт основной луч». Поэтому я писал именно об этой стороне эффекта. Хотя на самом деле происходящие процессы много сложнее.
А соотношение энергии 1 Дж=1 Вт х сек
+1
Эффекты тепловыделения (или просто тепловыделение) в луче не могут превышать мощность потребляемую лазером от розетки

Мощность превышать могут. Например, вы можете в течение 100 секунд потреблять из розетки мощность 1Вт. За 100 секунд наберется 100Дж. Эту энергию можно запасать в конденсаторе, например. После этого вы можете выделить эти 100Дж в виде излучения за очень короткое время. Например, за 1с. При этом у вас получится мощность 100Вт. С учетом кпд будет меньше, но общий смысл сохраняется. Вы можете медленно (с малой мощностью) брать энергию из розетки, запасать ее, а потом быстро расходовать. При этом мощность тепловыделения в луче или еще где-либо может многократно превышать мощность, которая потреблялась от розетки. Закон сохранения энергии при этом не нарушается. Главное — чтобы сохранялся положительный баланс энергии, а не мощности.
0
Это называется импульсная мощность, она определяет напряженность электрического или магнитного поля электромагнитного излучения. А тепловые эффекты определяются средней мощностью или энергией. Обращаю Ваше внимание именно на слова «тепловые эффекты», о которых написано у автора заметки.
0
А тепловые эффекты определяются средней мощностью или энергией

Так все-таки средней мощностью или энергией? Чем отличается, с вашей точки зрения, средняя мощность от энергии?
0
А вот для расстояний сотни — тысячи километров это уже проблема.

Где найти эти сотни и тысячи километров плотной атмосферы?
0
Сотни километров — любая трасса по касательной к поверхности земли. 2/3 ее в плотных (или возмущенных) слоях атмосферы.
Ну а тысячи, трасса канала передачи информации с промежуточными отражателями.
0
Ну если для связи с высоколетящими самолётами и спутниками — то да. А для наземных станций это лишь десятки километров.
0
Или связи между спутниками, через атмосферу.
А для наземных станций в пределах прямой видимости, которая в зависимости от высоты от поверхности Земли точек приема и передачи и рельефа местности может быть более 100 км.
0
Это какая мощность фемтосекундной вспышки должна быть чтобы подогреть воздух на некоторое расстояние? Если я правильно понимаю, таким лазером будут предавать инфу например на орбиту, до куда очень много км. На сколько сильно подогревается воздух? И как это скажется на глобальном потеплении?)
0
я в этих вопросах конечно профан, но лазер перед собой не разогревает пространство? Ато в таком случае ему особо мешать ничего и не должно… Объясните незнайке.
+1
Это какая мощность фемтосекундной вспышки должна быть чтобы подогреть воздух на некоторое расстояние?

Большая. Только время, пока этот «подогрев» будет держаться — какие-нибудь микросекунды. Но этого достаточно, чтобы пустить основной луч.
И как это скажется на глобальном потеплении?

Очень просто: бдыдыщь!… и все вымерли.
+1
Сто лет в обед этой теме.

В одном институте в Москве тема прорабатывалась в 70-80х годах.
Суть(упрощенно): строим ОЧЕНЬ мощный лазер, светим им в небо. Материя (воздух) в пучке ионизируется и разгоревается до состояния плазмы. В этот плазменный «шнур» вкачиваем радиочастоту. Получаем антенну высотой сколько мощности лазера хватит. Профит.
0
А еще можно излучать два параллельных луча, а между получившимися проводящими пучками создать разность потенциалов — получаем нечто вроде очень мощного тазера, но без проводов.
0
Мне кажется, что если направить на условного правонарушителя два пучка с мощностью, достаточной для ионизации, то прикладывать разность потенциалов уже не потребуется. «Достаточно половины таблэтки».
0
Так то да, но это для усиления эффекта. Представьте, просто «пшик» и все. Или «пшик» с громким треском разрядов :) Ну и подозреваю, что в месте «доставки» разрушений будет сильно больше, чем просто от двух пучков.
Да, и это уже будет не нелетальное оружие, а очень даже летальное.
0
Не очень понятно, какая именно проблема решается. Чтобы изменилась плотность и атмосфера начала работать как линза, нужно, чтобы изменилась концентрация частиц, характерное время этого изменения — диаметр пучка, делённый на скорость звука в среде. Даже для разумного диаметра пучков (~30 см) это время — порядка миллисекунды.

Значит, если основной импульс короткий, то этой проблемы и нет, а если не короткий, то от этих предварительных импульсов ни холодно, ни жарко.
+7
Оффтоп: вы видите изображение в вашем посте? Я вижу только небольшую его верхнюю часть.

+1
Кто взял кусок картинки? Верните на место, имейте совесть!
Only those users with full accounts are able to leave comments., please.