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 Como lo demuestran los hechos, un rayo láser puede transportar suficiente energía para poder realizar cirugías, perforar diamantes e incluso calentar cantidades microscópicas de una sustancia a temperaturas de millones de grados.
¿Cuánta energía puede transportar un rayo láser? Depende del tipo de láser, de la potencia de la fuente que lo suministra, así como de las condiciones de su funcionamiento, que determinan la eficiencia de uso de la energía suministrada.
Y con los láseres CW, la energía de entrada se convierte continuamente en la energía de la radiación emitida por el láser. La potencia de los rayos emitidos por tales láseres varía desde milivatios hasta decenas de kilovatios (la misma cantidad que emiten mil bombillas de cien vatios en el rango visible). Con estos haces de luz de kilovatios, debidamente enfocados, por ejemplo mediante una lente, es posible cortar una hoja de acero de un centímetro de espesor de la piel de un barco a una velocidad de aproximadamente un centímetro por segundo. Los láseres menos potentes se utilizan para otros fines que no requieren haces de luz tan potentes.
 Se suponía que el láser más poderoso visto con los propios ojos en el Instituto de Investigación Naval de la Marina de los EE. UU. En Washington, DC, emitía un rayo de aproximadamente un megavatio (millón de vatios o mil kilovatios) en cuestión de segundos. Este láser, junto con los dispositivos auxiliares, ocupaba dos salas de laboratorio bastante grandes. No hay nada particularmente sorprendente aquí, ya que la potencia de su haz era igual a la potencia de unos cincuenta motores de turismos de clase media.
Sin embargo, para muchos propósitos, incluso los haces de megavatios son débiles y requieren haces aún más potentes. Por ejemplo, se suponía que un láser "lunar" enviaba un rayo con una potencia de varios millones de vatios. El rayo de luz después de la reflexión de la Luna regresa a la Tierra muy debilitado debido a la absorción y dispersión en la atmósfera terrestre, la dispersión en la superficie de la Luna, etc. La sensibilidad del equipo que registra la luz reflejada excluye la posibilidad de utilizar fuentes de luz tradicionales, incluso las más fuertes, para localizar la Luna. Un rayo de luz suficientemente intenso solo podría ser producido por un láser con una potencia de varios megavatios. Para iniciar una reacción termonuclear, se requiere un láser aún más fuerte; su potencia debe ser del orden de al menos varios millones de megavatios.
La creación de un láser de onda continua tan potente es una tarea poco realista. Un láser así debería tener, sobre todo, unas dimensiones monstruosas. También sería una tarea difícil proporcionar energía a un coloso así, y también sería difícil establecer el enfriamiento. La eficiencia de un láser está típicamente en el rango de un poco a un diez por ciento, de modo que solo una fracción relativamente pequeña de la entrada de energía al láser se emite como radiación. El resto se disipa, eventualmente transformándose en calor, que debe ser retirado de la instalación láser, sometiéndola a un enfriamiento suficientemente intenso.
Un láser que emitiera continuamente un haz de un millón de megavatios consumiría energía generada simultáneamente por varios miles de centrales eléctricas de tamaño mediano. Durante el funcionamiento de dicho láser, millones de consumidores deberían verse privados de la fuente de alimentación. Quizás esto aún podría resolverse de alguna manera, pero ¿cómo se puede enfriar a un gigante así?
Sin embargo, a pesar del hecho de que se necesitan haces de luz tan potentes, no es necesario construir tales láseres cw.El hecho es que en todas aquellas aplicaciones en las que se necesitan rayos láser de ultra alta potencia, realmente no importa si el láser emitirá radiación durante una milésima o una millonésima de segundo. La mayoría de las veces, se da el caso de que la radiación láser se necesita solo durante un corto período de tiempo. En resumen, estamos hablando del hecho de que el rayo láser tuvo tiempo de causar el efecto deseado en el objeto recibido antes de que se produzcan procesos indeseables asociados con la energía de la radiación láser absorbida por el objeto. Si, por ejemplo, cuando se utiliza un rayo láser para eliminar tejido enfermo durante una operación, los destellos duran demasiado, el tejido sano adyacente al enfermo también podría sufrir un sobrecalentamiento peligroso. Si se usa radiación láser continua para perforar un agujero en un diamante en lugar de destellos separados, el diamante se sobrecalentará, se derretirá y, como resultado, una parte significativa del diamante se evaporará.
 Los ejemplos anteriores indican la necesidad de utilizar pulsos de láser tan cortos para que la energía absorbida por el objeto irradiado no tenga tiempo de disiparse debido a los procesos de conducción de calor. Por supuesto, existen muchos más mecanismos de disipación de energía indeseables y a menudo dañinos. En el caso general, estamos hablando del hecho de que el rayo láser tuvo tiempo de completar su tarea antes de que los factores enumerados interfieran con él. Por eso, en muchos dispositivos, los pulsos de láser deben ser muy cortos, y la expresión "muy corto" a veces significa un nanosegundo o incluso menos tiempo.
Ahora nos queda claro, dictado por la necesidad, una simple idea de ahorro de energía, a partir de la cual es posible obtener haces de potencia gigantesca a costos de energía relativamente bajos. En lugar de producir, digamos, un julio de energía en forma de radiación (esta es una cantidad muy pequeña) por un segundo, o emitir un haz de un vatio (1 W = 1 J / s), simplemente sigue la misma cantidad de energía (un julio ) emiten más rápido como un pulso relativamente corto. Cuanto más corto sea el pulso, mayor será la potencia del haz. Si, por ejemplo, una ráfaga de radiación dura un milisegundo (un microsegundo, un nanosegundo), entonces el haz tendrá una potencia 1000 veces mayor (relativa).
Obviamente, con un aporte de energía 1000 veces mayor (1 kJ en lugar de 1 J), resultará (en cada uno de los casos anteriores) que el rayo es 1000 veces más potente. Si el tiempo de emisión (emisión) equivaliera a un valor del orden de un nanosegundo, entonces en este caso se obtendría un haz con una potencia de un teravatio. Enfocado, por ejemplo, con una lente en la superficie del cuerpo en un punto de aproximadamente 0,1 mm de diámetro, tal rayo daría al foco un valor de intensidad inimaginable: ¡10 a la 20a potencia de W / m2! (A modo de comparación, la intensidad de la luz de una bombilla de 100 vatios a una distancia de 1 m es del orden de unas pocas décimas de vatio por metro cuadrado).
Queda una pregunta, aparentemente inocente a primera vista: ¿cómo reducir el tiempo de radiación láser a una determinada energía de haz total? Tal tarea es un problema complejo de naturaleza tanto física como técnica. No entraremos en tales sutilezas aquí, porque para nuestra historia la cuestión de recibir un pulso corto es demasiado especial. En cualquier caso, hoy la situación es la siguiente: el tiempo de emisión de luz por un láser pulsado sin ningún dispositivo adicional que obligue al láser a emitir luz más rápido es del orden de unos pocos microsegundos (o una décima de milésima de segundo).
El uso de dispositivos adicionales, cuyo funcionamiento se basa en algunos fenómenos físicos, ayudará a reducir este tiempo a valores del orden de un picosegundo. Gracias a esto, hoy en día es posible obtener pulsos de láser gigantes, cuya potencia máxima puede llegar incluso a varios cientos de teravatios.Por supuesto, estos rayos poderosos solo se necesitan en dispositivos especiales (por ejemplo, para iniciar una reacción termonuclear). En muchos otros casos, se utilizan pulsos de mucha menor potencia.
Ahora hagamos una pregunta importante: ¿es posible obtener haces de luz tan intensos de forma más barata y sencilla, es decir, con la ayuda de las lámparas tradicionales de alta potencia? Se refiere tanto a las lámparas que operan en modo continuo (por ejemplo, lámparas de reflectores de aviones o cámaras de película) como a las lámparas de flash (por ejemplo, linternas utilizadas en fotografía).
La respuesta depende de qué tipo de rayos queramos obtener, o, en otras palabras, de qué potencia y de qué divergencia estamos hablando. Si somos indiferentes a la divergencia del haz, entonces las lámparas tradicionales pueden competir con los láseres solo hasta cierto límite. Este límite se encuentra, en cualquier caso, muy por debajo de un teravatio. Por encima de este nivel, el láser no tiene competidores.
Por supuesto, cuantos menos divergentes y más potentes queramos obtener, más bajo quedará el límite, por encima del cual tendremos que abandonar las fuentes de luz tradicionales y recurrir al láser. Como ya se mencionó, las fuentes de luz clásicas no podrían cumplir con los requisitos de alta precisión que se imponen a una fuente de luz al medir la distancia de la Tierra a la Luna. En este experimento, se tuvo que utilizar un láser pulsado.
Gavrilova N.V.
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