Среди всех типов лазеров, пожалуй, особняком стоит один из них, имеющий совершенно уникальные возможности, за счёт чего его даже иногда называют «машиной времени» для света. И речь пойдёт о голографических лазерах… 

Что такое голография в общем случае? Как мы знаем, это способ регистрации какой-либо информации, где в корне его лежит взаимодействие световых волн, в ходе чего они создают интерференционную картину — то есть сложную картину из светлых и тёмных полос, — где светлые полосы образуются в тех местах, где происходит наложение максимумов волн, а, соответственно, тёмные участки — там, где максимумы и минимумы волн наложились и взаимно уничтожились (называется «деструктивная интерференция»). Соответственно, это были два крайних случая, между которыми возможны вариации по яркости в зависимости от того, как именно наложились друг на друга волны:

Эту интерференционную картину можно записать, например, на фотопластинку, после чего она может быть обратно восстановлена (читай «просмотрена») с помощью освещения когерентным излучением* (т. е. лазером) с той же самой длиной волны, с применением которого и производилась запись:

*Это если говорить об общем случае, хотя существуют и голограммы, которые могут быть восстановлены даже дневным светом, не требуя лазера. Например, радужные голограммы, голограммы Денисюка или даже они могут быть вовсе созданными без каких-либо лазеров — как голограммы, генерируемые компьютером.

Если представить себе гипотетический случай, где два круглых лазерных луча были бы направлены друг на друга, то в месте их пересечения возникнет интерференционная картина, чем-то напоминающая линзу Френеля — то есть, концентрические кольца, где тёмные зоны будут перемежаться светлыми, и, соответственно, светлые зоны будут представлять собой те места, где два максимума наложились друг на друга и их амплитуда (читай «яркость» в нашем случае, так как мы говорим о световых волнах) возросла, в то время как тёмные участки — места наложения максимумов и минимумов (амплитуда упала до нуля, то есть наблюдается полная темнота):

Например, на картинке ниже это можно видеть на примере наложения синей и зелёной волны (красная синусоида), где, когда они идеально наложились максимумами, происходит увеличение амплитуды («конструктивная интерференция»), и, соответственно, когда накладываются максимум на минимум — наглядно видно, что амплитуда красной синусоиды падает в таком случае до нуля, превращаясь в прямую линию:

А теперь, предположим, что два луча лазера направлены друг на друга и встречаются внутри специального кристалла (ниобат лития) с уникальными свойствами: при образовании внутри него этой интерференционной картины она меняет свойства кристалла таким образом, что в светлых и тёмных участках этой картины начинает наблюдаться разный коэффициент преломления — другими словами, возникает своеобразное «динамическое полосато-кольцевое зеркало» — динамическое в том смысле, что оно может появляться и исчезать по мере того, как включаются и выключаются лазерные лучи! 

В классической голографии используются лазеры и способы, создающие статическую интерференционную картину — то есть в результате взаимодействия лучей образуется полосатая картина, как бы застывшая на месте (светлые и тёмные полосы никуда не движутся). Это позволяет успеть её зафиксировать разными способами. 

Однако в голографических лазерах всё кардинально иначе — здесь специально добиваются того, чтобы эта интерференционная картина быстро перемещалась. То есть тёмные и светлые кольца с большой скоростью перемещаются в пространстве — примерно на манер того, как круги бегут по воде от брошенного камня. 

Делается это таким образом, что два взаимодействующих луча выбираются специально с немного отличающейся частотой (ну или длиной волны, если, другими словами), где от величины разницы зависит то, с какой скоростью будут перемещаться в пространстве светлые и тёмные кольца:

В результате наблюдается своеобразный высокоскоростной* «конвейер из отражательных лопаток» — «перекачивающий» часть отражённого света от того же самого пучка — но уже вбок, под некоторым углом.

*Неочевидно на первый взгляд (т. к. свет — это не, скажем, кварцевый песок и волновая структура — это не конвейер на самом деле; мы тут утрированно говорим про конвейер) почему происходит усиление света при такой перекачке! То есть в процессе рождается боковой луч и, в то же время, происходит усиление его яркости — почему это происходит, об этом будет ниже! 

Пока только отметим (и это будет не совсем понятно, но мы узнаем ниже, почему так), что, насколько можно судить по имеющимся описаниям — от скорости перемещения полос, в том числе, зависит и яркость излучаемого вбок луча; таким образом, в общем случае, скорость движения полос может быть настроена в пределах её значений, при которых среда ещё успевает реагировать — то есть, грубо говоря, материал кристалла успевает реагировать на быстро чередующиеся световые полосы и успевает менять свою отражательную способность согласно им.

В литературе подобную схему изображают примерно так, но, на мой взгляд, тут изображено довольно непонятно (по крайней мере, касательно сути, как это обычно объясняется):

Поэтому думаю, что стоит изобразить рисунок в более понятном виде как-то так: 

Глядя на рисунок, мы можем заметить, что инициирующими лучами (то есть теми, которые создают изначальную интерференционную решётку) являются:

• луч 1 — создаёт боковой луч 3,

• луч 2 — создаёт боковой луч 4.

Логично было бы предположить (и это одно из самых удивительных и полезных свойств этого устройства!), что, так как лучи 3 и 4 направлены в противоположные стороны и генерируются одной и той же решёткой, они будут развёрнуты по фазе. И это правда: грубо говоря, если мы посмотрим на синусоиду, которая приводилась в самом начале и показывала интерференцию волн, то разворот по фазе означает, что синусоида отразится зеркально относительно горизонтальной оси X: «выпуклости» станут «впуклостями» :-) и наоборот. 

Об этом мы ещё подробнее поговорим, однако пока обратим своё внимание на то, что, так как на картинках чуть выше представлена схема лазерного устройства, сходного по своему принципу с обычными лазерами, можно заметить, что луч 4 упирается в зеркало, тогда как луч 3 — в полупрозрачное зеркало. То есть, другими словами, лучи 3 и 4 начинают летать между зеркалами, складываться друг с другом (как и в обычных лазерах) и усиливаться до той степени, пока не превратятся в мощный лазерный луч, который сможет пройти сквозь полупрозрачное зеркало!

Если посмотреть на всё это, наверняка у вас возникнет логичный вопрос: «Но подождите! А с какой стати эти два луча будут складываться друг с другом, если они развёрнуты по фазе (т. е. зеркально отражены относительно оси X), то есть представляют собой зеркальную копию друг друга? Они же никак не могут сложиться (максимум к максимуму, минимум к минимуму), чтобы усилить яркость друг друга!». 

И вот тут вступает в действие тот самый фактор, который мы упоминали чуть выше — скорость движения полос интерференционной решётки. Именно от неё зависит, будет ли, собственно говоря, это устройство усиливающим свет, то есть лазером, или нет: за счёт подбора скорости движения полос добиваются того, что волны лучей 3 и 4 смещаются пространственно по оси X относительно друг друга таким образом, чтобы их максимумы и минимумы совпали — другими словами, происходит усиление и возрастание амплитуды (т. е. яркости):

В литературе об этом моменте пишут примерно так:

Под «невырожденными» процессами смешения здесь подразумевается некоторое отличие в частотах волн (в нашем случае это частота лучей 1 и 2), что, соответственно, порождает не статичную (как в классической голографии), а решётку с «бегущими» полосами, о которой мы и говорим постоянно. 

А теперь вернёмся к тому моменту, который был упомянут чуть выше в качестве одного из самых удивительных свойств подобных лазерных устройств — разворот световой волны по фазе: обычно это явление носит название «обращение волнового фронта», а саму суть, почему учёные так акцентируют на этом внимание, можно проиллюстрировать с помощью следующей картинки (похоже, что картинка немного неправильно нарисована, то есть на ней не показан собственно вот этот разворот по фазе, но, тем не менее, суть будет понятна):

Как можно наблюдать, здесь представлены два случая: на нижнем — как если бы световая волна, отражённая от картинки слева, прошла через некую возмущающую среду (в качестве которой представлена бутылка), после чего отразилась от обычного зеркала и вернулась обратно. Таким образом, получается, что в этом, обычном случае, световая волна дважды исказится, пройдя через возмущающую среду, и на выходе можно получить световую волну весьма искажённого вида: это показано на примере деформированной картинки слева. 

В случае, показанном в верхней части картинки, можно видеть кардинально иную ситуацию: световая волна, отразившись от картинки, так же, как и в случае ниже, проходит через возмущающую среду, то есть через бутылку, после чего отражается от интерференционной решётки (на картинке она названа как «фазообращающее зеркало») и при движении в обратном направлении, к тому моменту, когда волна вернётся обратно к картинке, снова пройдя сквозь возмущающую среду — она полностью восстановит свои свойства, как будто возмущающей среды и не было вовсе! О_о 

Именно поэтому, из-за того, что волна движется как бы «задом наперёд» во времени — то есть в точности так, как она двигалась до этого — такой способ называют «машиной времени для света».

Для чего это может быть нужно? Это даёт огромные возможности для передачи волновых сигналов, в частности, лазерного излучения — через атмосферу Земли, например, со спутника и на спутник, где в результате всё выглядит так, как будто устройства стоят рядом и возмущающей атмосферы Земли нет вовсе!

Описанная выше цель может быть реализована с помощью перехода в так называемый «отражательный» вариант работы системы, который отличается от «усилительного» варианта, рассматриваемого нами выше (когда боковые зеркала благодаря многократному переотражению и усилению света формируют выходной лазерный луч) ­— это было показано на картинке выше (использование фазообращающего зеркала). 

В этом отражательном режиме принцип работы заключается в том, что также два луча (1 и 2) сталкиваются и образуют решётку, только теперь боковые зеркала убираются, а получившиеся лучи, направленные вбок, рассеиваются в пространстве, и в дальнейшем используется, собственно, сама получившаяся решётка.  

Теперь, если на эту решётку посветить под некоторым углом третьим лучом, то этот луч отразится как бы «сам в себя», сформировав четвёртый луч, обращённый по фазе — что называется «самонаведением луча». Эта логика показана на картинке ниже и, как видно, существенно отличается от того, к чему мы привыкли с обычными зеркалами (угол падения равен углу отражения):

Легко понять, что подобное поведение луча (помимо его обращения по фазе, что позволяет проходить через, например, дрожащую атмосферу) имеет высокую ценность как минимум для связи, так как отражённый луч попадёт точно обратно в источник, не требуя никакого дополнительного искусственного наведения на цель! 

Кроме того, такой же принцип самонаведения луча может быть применён для устройств термоядерного синтеза, а также для боевых применений: слабым лучом подсвечивается мишень, часть этого луча отражается обратно и попадает на интерференционную решётку как луч 3, неся в себе всю информацию о проблемах на пути, например, о флуктуациях атмосферы. 

Дальше в резонаторе этот луч усиливается и отправляется обратно на мишень, только уже достаточно мощный, чтобы её поразить — таким образом, устраняется необходимость в точном наведении на цель: мощный луч сам следует за целью (даже быстродвижущейся в пространстве!), «как приклеенный» — просто такова физика процесса!

Похоже что, по понятным причинам, сугубо боевое применение этой технологии упоминается везде вскользь ;-), однако, я подозреваю, что особую ценность она имеет в том ключе, что луч подсветки можно использовать относительно большого диаметра — ну, скажем, 2 метра, светя им «примерно в ту сторону», где находится цель (что упрощает нахождение цели лучом), то есть — используя его на манер зенитного прожектора. А уже часть лазерного света, отражённого от цели — будет использована для формирования мощного самонаводящегося луча, который будет следовать сам за целью и поразит её!

© 2026 ООО «МТ ФИНАНС»