Изкуствени източници на светлина

Първите изкуствени източници на светлина, използвани от хората, са свещите и факлите.

Свещта съдържа втвърдено вещество, разтапящо се при горене, в средата на което е поставен текстилен фитил. В днешно време за гориво се използва предимно парафин, но по-висококачествени свещи се произвеждат от стеарин или пчелен восък.

Факлата представлява източник на светлина с дълга дървена дръжка. В нейния край е омотано парче плат, което е напоено с течно запалително вещество. Факлите са използвани още от дълбока древност, но понастоящем употребата им е ограничена. Международният олимпийски комитет спазва и до днес древната традиция олимпийският огън да се пренася с факли.

След факлите са изобретени маслените, керосиновите и газовите лампи и фенери.

С откриването на електричеството са създадени най-разнообразни изкуствени източници на светлина. Най-често използван такъв източник е електрическата лампа с нагреваема (нажежаема) жичка. В резултат на протичане на електрически ток през жичката (обикновено от сплав на волфрам), заради високото съпротивление, тя се нагрява и започва да свети. За получаване на видимо излъчване на светлина, е необходимо температурата да се повиши до няколко хиляди градуса. Само малка част от излъчваната светлина е във видимия за човешкото око спектър. Основният дял се пада на инфрачервените лъчи.

Луминесцентните осветителни тела, познати като луминесцентни лампи, са вид газоразрядни лампи. Те се състоят от стъклен балон, запълнен с разреден газ, като неон, аргон и др., и покрит от вътрешната страна със светещо вещество (луминофор). При подаване на напрежение между анода и катода на лампата протича газов разряд (ток в газ), който е съпроводен с ултравиолетово излъчване, водещо до флуоресценция (светене) на луминофора.

Друг източник на светлина, използван предимно в електрониката, е светодиодът. Той създава светлинен поток, благодарение на няколко светещи кристала в комбинация с леща. Елементът представлява полупроводников диод, изграден от области с положителни (positiv) p - токови носители (дупки) и отрицателни (negativ) n – токови носители (електрони). В средата на светодиода е граничната област, позната като p - n преход. От там се излъчва некохерентна светлина в тесен спектър, когато през него протича ток.

Най-мощните и най-ярки източници на светлина днес са лазерите. Тяхното лъчение е напълно кохерентно, понеже атомите на активната среда, създаваща светлината, трептят в пълен синхрон. С това той се различава от некохерентните източници, например електрическите крушки, които излъчват вълни във всички посоки и в почти целия електромагнитен спектър. Кохерентността определя уникалните свойства на лазерното излъчване: голям интензитет, монохроматичност и насоченост.

Лазерите пренасят огромна енергия през единица площ. Интензитетът на лазерното лъчение може да достигне до 10¹² W/m², а при излъчване на къси импулси надминава 10²⁰ W/m²! Така лазерният лъч може да се разпространява на хиляди километри, без да се промени, което е от съществено значение за съвременните оптични комуникационни системи. Топлинното действие на мощното излъчване намира широко приложение в медицината. С лазери хирурзите извършват безкръвни операции, премахват перде на очите и залепват очна ретина. Лазерното лъчение се използва и в промишлеността при обработка на труднотопими и твърди материали.

При лазерите изпусканите фотони са с една и съща енергия, затова и излъчването е съсредоточено в много тесен спектрален диапазон. Това свойство на лазерното лъчение се нарича монохроматичност. Благодарение на него, при облъчване на веществото се възбуждат резонансно определена група атоми, влизащи в състава на сложни молекули. Така могат да се правят изводи за структурата на молекулата. Високата монохроматичност се използва и за получаване на триизмерни образи на предметите чрез метода холография.

Конструктивните особености на лазерите позволяват при ртазпространението си снопът да се разширява незначително. Това е свойството насоченост, благодарение на което лазерният лъч може да се насочва към определени цели във военната техника или да се измерват много точно разстояния между различни обекти.

Лазерите се използват във всички сфери на човешката дейност. Без тях е невъзможно развитието на високите технологии. Приложението им в комуникациите е изключително перспективно. Очаква се разработката на лазери, генериращи по-къси импулси с оптимална форма за разпространение на още по-големи разстояния. В момента се конструират лазери, в които ядреното лъчение ще се преобразува в светлина. Такива лазери, съчетани с активната зона на атомни реактори, ще позволят прякото преобразуване на ядрената енергия в светлинна.