Страница 144 из 161
Солнечные лазеры
Сразу же после открытия лазера стали мечтать Рѕ РїСЂСЏРјРѕРј преобразовании белого, некогерентного солнечного света РІ монохроматическое, когерентное излучение лазера. Рто позволило Р±С‹, например, существенно уменьшить вес лазерной системы, располагаемой РЅР° спутнике, поскольку РІСЃРµ функции системы накачки могли Р±С‹ выполняться Солнцем. Рти мечты РІСЃРєРѕСЂРµ были реализованы, Рё РІ 1966 Рі. были созданы лазеры СЃ солнечной накачкой. Однако РёС… эффективность была довольно РЅРёР·РєРѕР№, типично РїРѕСЂСЏРґРєР° 1%, С‚.Рµ. лишь сотая доля собранного солнечного излучения преобразовывалась РІ лазерный свет. Позднее, были разработаны весьма совершенные СЃРїРѕСЃРѕР±С‹ концентрации солнечного света, немыслимые прежде. Р’ результате получалась концентрация 72 Р’С‚/РјРј2, что превышает интенсивность света РЅР° самой поверхности Солнца (63 Р’С‚/РјРј2). РЎ такими значениями интенсивности света накачки можно создать лазеры СЃ улучшенными параметрами. Рффективность уже превзошла 6%.
Оптические волокна и лазерная связь
РЎРѕ времен античности свет использовался для передачи сообщений. Р’ Китае, Египте, Рё РІ Греции использовали днем дым, Р° ночь РѕРіРѕРЅСЊ для передачи сигналов. Среди первых исторических свидетельств оптической СЃРІСЏР·Рё РјС‹ можем вспомнить осаду РўСЂРѕРё. Р’ своей трагедии Агамемнон, РСЃС…РёР» дает детальное описание цепочки сигнальных огней РЅР° вершинах РіРѕСЂ Р�РґР°, Антос. Масисто, Египланто Рё Аракнея, Р° также РЅР° утесах Лемно Рё Кифара, для передачи РІ РђСЂРіРѕ весть Рѕ захвате РўСЂРѕРё ахейцами.
В более поздние, но в античные времена, римский император Тиберий, находясь на Капри, использовал световые сигналы для связи с побережьем.
На Капри до сих пор можно видеть руины античного Фаро (свет) вблизи виллы императора Тиберия на Тиберио Маунт.
В Северной Америке одна из первых оптических систем связи была установлена около 300 лет назад в колонии Новая Франция (ныне провинция Квебек в Канаде). Региональное правительство, опасаясь возможности нападения английского флота, установило ряд позиций для сигнальных огней во многих деревнях вдоль реки Святого Лаврентия. В этой цепи, которая начиналась с �ль Верте, на расстоянии около 200 км от Квебека ниже по течению, было не менее 13 пунктов. С начала 1700-х гг. в каждой из этих деревень, каждую ночь периода навигации, был караульный, задачей которого было наблюдать за сигналом, посылаемым из деревни ниже по течению, и передавать его далее. С помощью такой системы сообщение о британской атаке в 1759 г. достигло Квебека прежде, чем было слишком поздно.
В 1790 г. французский инженер, Клод Шапп, изобрел семафоры (оптический телеграф), располагаемые на башнях, установленных в пределах видимости одна от другой, что позволяло посылать сообщения от одной башни к другой. В 1880 г. Александр Грэхем Белл (18471922) получил патент на фотофон устройство, в котором использовался отраженный солнечный свет для передачи звука к приемнику. Отраженный свет модулировался по интенсивности путем колебаний отражающей мембраны, помещенной в конце трубки, в которую Белл говорил. Свет проходил расстояние около 200 м и попадал на селеновую ячейку (фотоприемник), связанную с телефоном. Хотя Белл рассматривал фотофон как наиболее важное свое изобретение, его применение ограничивалось погодными условиями. Однако это обстоятельство не помешало Беллу написать отцу:
Я услышал разборчивую речь, произведенную солнечным светом!... Можно вообразить, что этому изобретению обеспечено будущее!... Мы сможем разговаривать с помощью света на любом расстоянии в пределах видимости без каких бы то ни было проводов ...В условиях войны такую связь нельзя прервать или перехватить.
�зобретение лазера стимулировало возросший интерес к оптической связи. Однако, вскоре было продемонстрировано, что атмосфера Земли нежелательным образом искажает распространение лазерного света. Рассматривались различные системы, такие, как трубки с газовыми линзами и диэлектрические волноводы, но все они были оставлены в конце 1960-х гг., когда были разработаны оптические волокна с малыми потерями.
Понимание, что тонкие стеклянные волокна РјРѕРіСѓС‚ проводить свет Р·Р° счет полного внутреннего отражения, было старой идеей, известной СЃ XIX РІ. благодаря английскому физику Джону Тиндалю (1820-1893) Рё использованной РІ инструментах Рё для освещения. Однако РІ 1960-С… РіРі. даже лучшие стекла обладали большим ослаблением света, пропускаемого через волокно, что сильно ограничивало длину распространения. Р’ то время типичным значением ослабления был РѕРґРёРЅ децибел РЅР° метр, означающим, что после РїСЂРѕС…РѕРґР° 1 Рј пропущенная мощность уменьшается РґРѕ 80%. Поэтому было возможным лишь распространение РїРѕ волокну длиной несколько десятков метров, Рё единственным применением была медицина, например СЌРЅРґРѕСЃРєРѕРїС‹. Р’ 1966 Рі. Чарльз Као Рё Джордж РҐРѕРєС…СЌРј РёР· Standard Telecommunications Laboratory (Великобритания) опубликовали фундаментальную работу, РІ которой показали, что если РІ плавленом кварце тщательно устранить примеси, Р° волокно окружить оболочкой СЃ меньшим показателем преломления, то можно добиться уменьшения ослабления РґРѕ -20 РґР‘/РєРј[15]. Рто означает, что РїСЂРё прохождении длины 1 РєРј мощность пучка ослабляется РґРѕ РѕРґРЅРѕР№ сотой РІС…РѕРґРЅРѕР№ мощности. Хотя это Рё очень малое значение, РѕРЅРѕ приемлемо для СЂСЏРґР° применений.