Номер 4, страница 205 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

4. Чем отличается лазерное излучение от излучений, создаваемых другими источниками света?

Лазерное излучение принципиально отличается от света, создаваемого традиционными источниками (такими как солнце, лампы накаливания, люминесцентные лампы), по ряду уникальных свойств. Эти свойства обусловлены особым механизмом генерации света в лазерах — вынужденным (индуцированным) излучением. Основные отличия заключаются в следующем:

1. Монохроматичность

Это свойство означает, что лазерное излучение имеет очень узкий спектральный диапазон, то есть состоит из электромагнитных волн практически одной и той же длины волны (одной частоты). В результате лазерный свет является почти идеально одноцветным. Например, гелий-неоновый лазер излучает свет с длиной волны $632.8 \text{ нм}$ (красный цвет) с чрезвычайно малой шириной спектральной линии. В отличие от этого, свет от обычных источников, таких как солнце или лампа накаливания, является полихроматическим — он содержит широкий спектр длин волн, который мы воспринимаем как белый свет. Даже источники, которые кажутся одноцветными (например, цветные светодиоды), имеют значительно более широкий спектр по сравнению с лазером.

2. Когерентность

Это одно из самых важных и фундаментальных свойств лазерного излучения. Когерентность означает, что все элементарные волны (фотоны), испускаемые лазером, согласованы друг с другом. Это значит, что колебания во всех точках лазерного пучка происходят синхронно, с постоянной разностью фаз. Это можно сравнить с синхронным шагом солдат в строю. В обычных источниках света атомы излучают фотоны спонтанно, независимо и хаотично, поэтому результирующая световая волна состоит из множества не согласованных по фазе волновых цугов. Свойство когерентности позволяет лазерному излучению интерферировать и является основой для таких применений, как голография и интерферометрия.

3. Направленность (малая расходимость)

Лазерное излучение распространяется в виде очень узкого, почти параллельного пучка света. Угол расходимости лазерного луча крайне мал (может составлять доли миллирадиана). Это позволяет передавать энергию на большие расстояния с минимальными потерями. Например, лазерный луч, направленный на Луну, создаст на ее поверхности световое пятно диаметром всего несколько километров. В то же время свет от обычных источников, как лампочка, распространяется во все стороны равномерно, и его интенсивность быстро падает с расстоянием пропорционально квадрату расстояния ($I \propto 1/R^2$).

4. Высокая интенсивность и плотность мощности

Благодаря высокой направленности и когерентности вся энергия лазерного излучения может быть сконцентрирована в очень малом объеме пространства и сфокусирована на чрезвычайно малой площади. Это создает огромную плотность мощности (интенсивность), недостижимую для обычных источников света. Интенсивность сфокусированного лазерного излучения может в миллиарды раз превышать интенсивность света на поверхности Солнца. Именно это свойство позволяет использовать лазеры для резки и сварки прочных материалов, в хирургических операциях и других областях, где требуется точная и концентрированная подача энергии.

Ответ: Лазерное излучение отличается от излучения других источников света следующими ключевыми свойствами:
1. Монохроматичность: излучение состоит из волн практически одной длины (одного цвета).
2. Когерентность: все световые волны в пучке согласованы по фазе.
3. Направленность: излучение распространяется в виде узкого, почти не расходящегося пучка.
4. Высокая интенсивность: вся энергия сконцентрирована на малой площади, что создает огромную плотность мощности.
В обычных источниках света (солнце, лампы) эти свойства либо отсутствуют, либо выражены очень слабо.