レーザー光線は、さまざまな方法で使用される集中光です。映画ではエキサイティングなドッグファイトに使用されますが、実際には手術や通信などに使用されます。レーザー光線は、空気中の粒子によって散乱されているかどうかでわかります。ビームの波長と強度、および空気中の粒子状物質の量はすべて、人がビームを見ることができるかどうかに影響します。
私たちは何年にもわたって、いくつかの重要な類似点を見るのに十分な数のSF映画を見てきました.明らかに、この信じられないほどのビジュアル ツールは、緑、青、赤の爆発的な閃光によって、惑星間のドッグファイトをいっそうスリリングなものにします。
しかし、これらのシーンは非常に重要な疑問を投げかけます...それは本当にレーザービームがどのように見えるのか?さらに重要なのは、映画で見ているように、実生活でそれらを見ることができるか?
かなり負荷の高い質問を解き明かす前に、レーザービームが実際に何であるかを説明する必要があります…
レーザー ビームの科学
最も基本的な定義では、レーザー ビームは集中した電磁放射の流れですが、さまざまな形で発生する可能性があります。その電磁放射は、X 線、可視光、紫外光、または赤外光の形をとることができます。基本的には、比較的安全に操作したり暴露したりできる放射の形です。
ここで、レーザー ビームを作成するには、原子のグループにエネルギーを与える必要があります。これにより、原子が励起状態に上昇します。この時点で、励起された原子は光子を放出し、その「光」は特定の方向に移動します。この最初の光子は他の粒子を励起するのに役立ち、より多くの放出を引き起こし、それらの光子も同じ方向に移動してカスケードを作成します.さて、通常の光源から、これらの光子は、照明のスイッチを切り替えたときのように、すばやく散乱および拡散します。光は照らされた空間全体に均等に広がります。
ただし、レーザー ビームを作成しようとすると、2 つのミラーの間でこれらの光子をキャッチできます。そこでは、光が前後に跳ね返り、さらに多くの粒子を励起し、同じ波長と位相を持つさらに多くの光子を放出します。これらのエネルギーを与えられた原子を操作して、それらを非常に狭い空間に集中させ、後続の光子を均一な方向に移動させることで、本質的にレーザービームが作成されます。
この電磁ビームの強度と波長に応じて、レーザーは何百もの異なる最新のアプリケーションに使用されます。この集中した光の形は非常に強力で、頑丈な鋼を切り裂くほど強力です!ただし、DVD プレーヤー、QC コード リーダー、手術器具、テレビやインターネットを介した日常の電気通信に見られるレーザーなど、レーザー光線との相互作用はおそらくかなり穏やかです。
レーザーのこれらの実用的な用途の多くでは、肉眼で見ることができません。結局のところ、X 線、赤外光、紫外光は、特別な装置なしでは見ることができません…なぜ同じ放射線で構成されたレーザー ビームが異なるのでしょうか?
レーザービーム:見るか見ないか?
前述のように、レーザー ビームは、光子を励起してエネルギーの流れを生成する集中型の電磁放射です。レーザー ビームは、単色 (1 つの波長の光が生成される)、組織化 (光子が協調した波で統一された前線で移動することを意味する)、および単方向性 (集束され、強力であることを意味する) という点で、通常の光とは大きく異なります。弱く拡散するのではなく)
レーザー ビームが見えるかどうかに影響する他の 3 つの要因があります。ビームの強度、ビームの波長、空気中の粒子状物質の量です。 .光を「見る」ためには、実際に目に到達する必要がありますが、レーザー ビームは一方向性で制御されているため、理論的には目に見えないはずです。それが私たちの目に届く唯一の方法は、その集中した光が何らかの形で散乱し、屈折して私たちの目に到達することです.レーザー ビームは、すでに空気中に存在する粒子を含め、その経路内のあらゆる粒子によって散乱される可能性があります。原子やその他の分子は、大気中の私たちの周りに存在しますが、ほこりなどのより大きな粒子もあります.
ここで、これら 3 つの要因が作用します。空気中の粒子と結合した光の強度と波長。光は、波長に反比例するレイリー散乱に基づく空気分子の結果として散乱する可能性があります。これは、緑と青の波長の光が見やすいことを意味します (これらは赤よりも短い波長であるため)。ビームの強度が高いほど、空気の分子を介して散乱する光が多くなり、見やすくなります。
前回、混雑したナイトクラブにいて、レーザー ライトが激しくなり、立派な宇宙戦のように部屋の煙やもやを切り裂いていたときのことを想像してみてください。その余分な粒子状物質は光をはるかに容易に散乱させるため、これらのスモークマシンは、レーザービームが常に見えると多くの人が考える理由の主な原因です.興味深いことに、人間の目の視覚能力は緑色の波長付近でピークに達するため、青色光よりも長い波長であっても、緑色のレーザーを見つけやすい可能性があります。
ここで、最も古典的な例に戻りましょう。お気に入りのスター ウォーズ映画で、巨大なスター デストロイヤーが他の宇宙船に穴を開けました。そのシナリオでは、宇宙には大気がなく、光を散乱させる粒子がないため、レーザー ビームは完全に見えなくなります。そうは言っても、これらの戦闘シーンは、目に見えないレーザーがたくさんあるとそれほどエキサイティングではないため、映画製作者は、私たちが映画に戻ってくるようにするために、現実にいくつかの変更を加える必要がありました!
