Печать
Просмотров: 252

60 лет назад физик Теодор Мейман сконструировал первый в мире лазер.

 ЛАЗЕР (оптический квантовый генератор, аббревиатура слов англ. фразы: Light Ampflication by Stimulated Emission of Radiation, что означает "усиление света вынужденным излучением") - устройство, преобразующее разл. виды энергии (электрическую, световую, химическую, тепловую и т. д.) в энергию видимого электромагнитного излучения.

Это изобретение, без которого немыслимы многие современные устройства и технологии, достаточно молодое.

1Историю создания лазера следует начинать с 1917 года, когда Альберт Эйнштейн в статье «Квантовая теория излучения» вывел из общих принципов квантовой механики и термодинамики существование в недрах звезд излучения под действием вынуждающих фотонов (вынужденное испускание).

Это был первый шаг на пути к лазеру. Следующий шаг сделал советский физик В. А. Фабрикант, указавший в 1939 г. на возможность использования вынужденного испускания для усиления электромагнитного излучения при его прохождении через вещество.

В мае 1952 г. на Общесоюзной конференции по радиоспектроскопии советские физики Н. Г. Басов и А. М. Прохоров сделали доклад о принципиальной возможности создания усилителя излучения в СВЧ диапазоне. Они назвали его "молекулярным генератором". Практически одновременно предложение об использовании вынужденного испускания для усиления и генерирования миллиметровых волн было высказано в Колумбийском университете в США американским физиком Ч. Таунсом.

В 1954 г. молекулярный генератор, названный вскоре мазером, стал реальностью. Он был разработан и создан независимо и одновременно в двух точках земного шара - в Физическом институте имени П. Н. Лебедева Академии наук СССР и в Колумбийском Университете в США.

Интенсивные теоретические и экспериментальные исследования в СССР и США вплотную подвели учёных в самом конце 50-х годов к созданию лазера.

Успех выпал на долю американского физика Т. Меймана.

Трудности, с которыми столкнулся молодой и мало тогда кому известный ученый, были огромны. Несмотря на то, что Мейман обладал большим исследовательским опытом, в него никто не верил. Его теоретические и практические разработки не находили поддержки, финансирование было скудным.

Когда в качестве материала для лазера он выбрал рубин, маститые ученые подняли его на смех. Знакомство со свойствами рубина и опыт работы с ним как с материалом, который может служить источником когерентного излучения, Теодор Мейман получил еще в аспирантуре Стэнфордского университета.

Был период, когда уставший от бесполезных усилий и насмешек, Теодор даже отказался от использования рубина. На это решение повлияли эксперименты И. Вейдера (его соратник и помощник), который определил, что квантовая эффективность излучения рубина очень низка (около 1%). Мейман обратился к исследованию других материалов, но альтернативы не находил.

3И тогда с необычайным упорством, вызывавшим раздражение и насмешки, он вернулся к экспериментам с рубином. Путем повторных опытов Мейман выяснил, что результаты Вейдера были ошибочны. Квантовая эффективность излучения рубина оказалась равной 75%.

В то время большинство ученых пытались создать лазер непрерывного действия. Эти работы основывались главным образом на появившейся в 1958 г. знаменитой статье Э. Сколоу и К. Таунса, излагавших идею оптического лазера и предлагавших использовать для генерации когерентного светового излучения пары натрия, а не твердое вещество.

Но Мейман был верен себе и шел вперед вопреки общепринятому мнению. Ознакомившись с теорией А. Шавлова и Ч. Таунса и сделав вывод, что она не будет работать, он взялся за конструирование своего лазера. Используя самую яркую лампу с элипсоидным рефлектором, он убедился в возможности построения лазера, работающего в непрерывном режиме. Однако надежность такого лазера была очень низкой.

Поиск нетрадиционных решений натолкнул его на мысль о целесообразности использования сверхярких стробоскопических ламп, применяемых в фотографии (фотовспышек). Проведенные Мейманом расчеты (в то время они производились только2 на логарифмической линейке!) показали, что эти лампы действительно обеспечивают оптическую накачку, и он применил их для создания импульсного рубинового лазера.

Мейман сконструировал изящное, компактное устройство, поместив небольшой цилиндрический стержень из розового рубина с отполированными параллельными зеркальными торцами внутри спирали стандартной лампы-вспышки, которая находилась внутри цилиндрического кожуха с полированной зеркальной внутренней поверхностью.

И 16 мая 1960 г. в лаборатории Hughes Research в Малибу Теодор Мейман создал первый в мире рубиновый лазер. На это ушло 9 месяцев колоссальных усилий, работы в атмосфере насмешек, неверия, безденежья.

В августе 1960 г. в научном британском журнале «Nature» появилось статья Меймана «Стимулированное оптическое излучение в рубине».

7 июля 1960 г. на специально созванной пресс-конференции в Нью-Йорке Т. Мейман объявил о создании лазера и рассказал о возможных областях его применения: связь, медицина, военная техника, транспорт и высокие технологии. Выступление Меймана вызвало огромный интерес. На следующий день появились сенсационные сообщения на первых страницах всех ведущих газет в США. Затем в общественно-политических журналах были напечатаны статьи с кричащими заголовками: «Человек из Лос-Анджелеса создал луч света ярче Солнца»; «Поразительное открытие луча смерти»; «Угрожающее ужасное оружие»; «Научный прибор, сделанный из света».

Несколько месяцев спустя, в 1961 году, лаборатория Bell Labs (США) сообщила о создании первого образца газового лазера, работающего на смеси гелия и неона в непрерывном режиме.

Затем был получен лазерный эффект на парах цезия, и началась демонстрация возможностей построения лазеров буквально на сотнях различных материалов.

4Сегодня лазеры широко используются в различных областях человеческой деятельности.

Они прочно вошли в быт в виде лазерных дисков, указок, принтеров и т.д. В технике связи без лазеров невозможно представить современные волоконно-оптические и атмосферные линии связи, оптические усилители, оптическую связь между космическими аппаратами.

В технологии мощные лазеры используются для прецизионной обработки материалов и упрочения поверхностей.

В экологии они обеспечивают высокоточный мониторинг окружающей среды. В медицине лазеры заменяют скальпель при тончайших хирургических операциях, а также широко используются в диагностике и лечении.

Во многих оборонных системах лазеры также занимают центральное место. 

Даже простое перечисление различных модификаций лазеров занимает несколько страниц печатного текста. Это, безусловно, одно из важнейших изобретений XX века навсегда изменило нашу жизнь.

***

Сапожников, М.Н. Лазерная одиссея Теодора Меймана / М. Н.Сапожникова // Природа 2010. - №5. - С. 54-64.

Савкина, Е. В. Первый рубиновый лазер Теодора Меймана : к 75-летию ученого Е. В. Савкина. - Электросвязь. - 2003. - № 6. - С. 53.

Носов, Ю. Р. Дебют оптоэлектроники / Ю. Р. Носов. - М. : Наука, 1992. - 237 с. - (Библиотечка "Квант"; Вып.84).