ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

История создания лазера начинается с фундаментальных работ А. Эйнштейна, опубликованных в 1916 г. О них мы уже рассказывали. Следующий важный шаг на пути к лазеру сделали В.А. Фабрикант с сотрудниками, получившие в 1951 г.

свидетельство на изобретение способа усиления излучения за счет использования вынужденного испускания. Вскоре этот способ усиления излучения был реализован. Однако вначале он был реализован отнюдь не в оптическом диапазоне, а в диапазоне сверхвысоких частот.
В мае 1952 г. на Общесоюзной конференции по радиоспектроскопии Н. Г. Басов и А. М. Прохоров сообщили о принципиальной возможности создания усилителя и генератора излучения в СВЧ-диапазоне. Они назвали его «молекулярным генератором», поскольку предполагалось использовать в качестве активной «среды» пучок молекул аммиака. Аналогичное предложение об использовании вынужденного испускания для усиления и генерации СВЧ-излучения было высказано американским физиком Ч. Таунсом.
В 1954 г. был создан молекулярный генератор, названный вскоре мазером. Его разработали и создали независимо и практически одновременно два коллектива ученых - советские ученые, работавшие в Физическом институте АН СССР под руководством Н. Г. Басова и А. М. Прохорова, и американские ученые, работавшие в Колумбийском университете в США под руководством Ч. Таунса. Созданный ими молекулярный генератор на пучке молекул аммиака генерировал излучение на длине волны 1,25 см. В 1955 г. в журнале Доклады АН СССР (т. 101, № 1) была опубликована

статья Н. Г. Басова и А. М. Прохорова «Теория молекулярного генератора и молекулярного усилителя мощности».
Впоследствии от термина «мазер» и произошел термин «лазер»-в результате замены буквы М (начальная буква слова Microwave - микроволновый) на букву L (начальная буква слова Light-свет). Появление мазера означало, что родилось новое направление в науке и технике. Его назвали квантовой радиофизикой. Позднее более предпочтительным стал термин «квантовая электроника».
За фундаментальные исследования в квантовой электронике, увенчавшиеся созданием мазера, а затем и лазера, Н. Г. Басов и А. М. Прохоров и американский физик Ч. Таунс были удостоены в 1964 г. Нобелевской премии по физике. Обратим внимание читателя на то, что присуждение Нобелевской премии произошло не сразу после создания лазера, а существенно позже, уже после того, как появились и завоевали всеобщее признание лазеры. Вполне понятно, что, выступая в 1964 г. с традиционными Нобелевскими лекциями, лауреаты коснулись вопроса о том, почему лазер был создан не одновременно с мазером, а лишь в 1960 г. Так, Ч. Таунс в своей Нобелевской лекции говорил:
«Примерно до 1957 г. еще не приступали к получению когерентной генерации на частотах более высоких, чем те, которые можно было бы получить от электронных генераторов, хотя время от времени и рассматривали некоторые схемы, использующие пучковые молекулярные мазеры для далекого инфракрасного диапазона. Этот недостаток внимания к тому, что было первоначальной целью создания мазера, происходил, пожалуй, оттого, что первые шаги, связанные с микроволновыми генераторами, малошумящими усилителями и их использованием в различных научных экспериментах, оказались столь интересными, что отвлекли внимание от возможностей получения высоких частот».
А. М. Прохоров высказался на этот счет более оп- ределенйо:

«Казалось бы, что после создания мазеров в радиодиапазоне вскоре будут созданы квантовые генераторы в оптическом диапазоне. Однако этого не случилось. Они были созданы только через шесть лет. Чем это объясняется? Здесь были две трудности. Первая трудность заключалась в том, что тогда не были предложены резонаторы для оптического диапазона длин волн, и вторая-не были предложены конкретные системы и методы получения инверсной населенности в оптическом диапазоне».
Упомянутые А. М. Прохоровым шесть лет как раз и были заполнены исследованиями, позволившими преодолеть отмеченные трудности и перейти в конечном итоге от мазера к лазеру. В 1955 г. Н.Г. Басов и А. М. Прохоров обосновали применение оптической накачки для создания инверсной населенности уровней.

В 1956 г. Н. Бломберген (США) выступил с предложением создать малошумящий усилитель на твердом теле. В 1957 г. Н. Г. Басов выдвинул идею использования полупроводников для создания квантовых генераторов. При этом он предложил использовать в качестве резонатора специально обработанные поверхности самого полупроводникового образца. В том же 1957 г. В.А. Фабрикант и Ф.А. Бутаева наблюдали эффект оптического квантового усиления в опытах с электрическим разрядом в газовой смеси, состоящей из паров ртути, водорода, гелия. В 1958 г. А. М. Прохоров и независимо от него А. Шавлов и Ч. Таунс (Колумбийский университет, США), а также Р. Дикке (Принстон, США) теоретически обосновали возможность распространения нового метода усиления и генерации излучения на более короткие волны-вплоть до волн оптического диапазона. Одновременно они выдвинули идею применения в оптическом диапазоне не объемных (как в СВЧ-диапазоне), а открытых резонаторов. Заметим, что объемный СВЧ-резонатор представляет собой полость с проводящими стенками, причем линейные размеры полости должны быть порядка длины волны излучения. Ясно, что использование объемных резонаторов в оптическом диапазоне неприемлемо уже потому, что объем таких резонаторов должен был бы быть порядка всего 1 мкм3. В отличие от объемных СВЧ-резонаторов открытые ре- 108
зонаторы лазеров (выше мы называли их оптическими резонаторами) не имеют боковых стенок; сохранены только торцевые отражатели, фиксирующие в пространстве ось резонатора. Линейные размеры открытых резонаторов могут быть существенно больше длины волны излучения.
В 1959 г. вышла в свет работа Н. Г. Басова, Б. М. Вула, Ю. М. Попова с теоретическим обоснованием идеи полупроводниковых лазеров и условий их создания. Наконец, в 1960 г. появилась обстоятельная статья Н. Г. Басова, О. Н. Крохина, Ю. М. Попова, где были всесторонне рассмотрены принципы создания и теория квантовых усилителей и генераторов в инфракрасном и видимом диапазонах. В конце статьи авторы писали:
«Отсутствие принципиальных ограничений позволяет надеяться на то, что в ближайшее время будут созданы генераторы и усилители в инфракрасном и видимом диапазонах волн».
Таким образом, интенсивные теоретические и экспериментальные исследования, проводившиеся в СССР и США, вплотную подвели ученых и инженеров в конце 50-х годов к созданию лазера. Успех выпал на долю американского физика Т. Меймана. В 1960 г. появилось сообщение о том, что ему удалось получить на рубине генерацию излучения в оптическом диапазоне. Так мир узнал о рождении первого оптического мазера - лазера на рубине. Этот первый лазер выглядел весьма необычно-это был кубик рубина размерами 1 х 1 х 1 см с двумя посеребренными противоположными гранями; в дальнейшем активный элемент лазеров на рубине, как и других твердотельных лазеров, изготовляли в форме цилиндра с зеркальными покрытиями на торцах. В том же 1960 г. американским физикам А. Джавану, В. Беннету, Д. Эрриоту удалось получить генерацию когерентного оптического излучения в электрическом разряде в смеси неона и гелия. Так появился первый газовый лазер-широко применяемый сегодня гелий-неоновый лазер. Спустя год после создания первого газового лазера была получена генерация в 10 различных газовых смесях на 40 рабочих переходах, перекрывающих спектр от 0,6 до

12 мкм. В 1962-1963 гг. в СССР и США одновременно были созданы полупроводниковые лазеры.
Сразу же после появления первых образцов газовые лазеры привлекли к себе особое внимание исследователей. Генерируемое ими излучение обладало более высокой когерентностью, чем излучение твердотельных, а тем более полупроводниковых лазеров. К сожалению, выходная мощность первых газовых лазеров была очень низкой. Ситуация, однако, изменилась в 1966 г., когда К. Пател (США) создал первый лазер на смеси углекислого газа и азота (С02-лазер). Сохраняя высокую когерентность излучения, присущую газовым лазерам, С02-лазеры в то же время позволяли получать высокую выходную мощность в непрерывном режиме и при этом характеризовались относительно большим коэффициентом полезного действия. Так начался новый период в развитии оптики. Его называют «лазерным периодом».

<< | >>

↑

Источник: Тарасов Л.В.. Знакомьтесь - лазеры. 1988

Еще по теме ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА:

- Популярная физика -