Изобретение лазера
Изобретение лазера

Импульсом для качественного развития микроэлектроники явилось изобретение лазера (lazer - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - усиление света посредством вынужденной генерации излучения). Отечественный синоним лазера - оптический квантовый генератор (ОКГ). Это изобретение стало одним из крупнейших и революционных научных открытий второй половины XX в.

Теоретическое предсказание лазерно-мазерного эффекта было сделано в 1916 г. А. Эйнштейном, описавшим эффект вынужденного излучения электронов. Соотношения А. Эйнштейна показали, что создание сверхвысоких концентраций электронов на высоких энергетических уровнях может вызвать усиление интенсивности световой волны, проходящей через вещество. Следовательно, такое состояние может привести к генерации монохроматического потока. Открытие было сделано теоретически и оставило много неразрешимых в те годы вопросов. В частности, каким именно образом должно быть возбуждено вещество. Поиск подходящего вещества и способов его возбуждения занял не один десяток лет. А. Эйнштейну принадлежит идея стимулированных переходов, которая лежит в основе действия лазера и мазера. Ученый сформулировал ее в 1917 г. и сделал вывод о распределении плотности излучения в спектрах нагретых тел. Теория А. Эйнштейна положила начало исследованиям по созданию лазера.

С момента теоретического открытия А. Эйнштейном эффекта вынужденного излучения потребовалось более тридцати лет для подбора соответствующего материала и способов его возбуждения. По мнению зарубежных и отечественных физиков, советский физик В. Фабрикант ближе других подошел к пониманию возможности усиления электромагнитного излучения при индуцирующем воздействии другого излучения. В 1940 г. во Всесоюзном электротехническом институте он провел серию экспериментов для получения усиления в парах цезия и изложил основы теории, базирующейся на квантовых принципах. Завеса секретности не позволила опубликовать в СССР результаты экспериментов В.А. Фабриканта ранее 1959 г.

Теория А. Эйнштейна о возможности вынужденного излучения получила экспериментальное подтверждение в 1954 г. Советские физики А. Прохоров и Н. Басов в Физическом институте Академии наук СССР им. Лебедева (ФИАН) получили лазерно-мазерный эффект на молекулах аммиака. Этот эксперимент лег в основу первого квантового молекулярного генератора, названного мазером (mazer - Microweve Amplification by Stimulated Emission of Radiation - усиление микроволн с помощью индуцированного излучения). Открытие было удостоено Ленинской премии в 1959 г.

Излучение мазера было очень слабым и соответствовало сантиметровому радиодиапазону (Хизл=1,24см). В том же году в США Ч. Таунс, Д. Гордон и Г. Зейгер создали квантовый генератор со сходными характеристиками. Возникло новое направление - квантовая электроника. В 1964 г. А. Прохорову и Н. Басову совместно с Ч. Таунсом была присуждена Нобелевская премия за "фундаментальные исследования в области квантовой электроники, которые привели к созданию генераторов и усилителей нового типа - мазеров и лазеров". Физические принципы действия лазера и мазера сходны, различие состоит в рабочих длинах волн.

Первый лазерный эффект в твердом теле был получен Т. Мейманом. В качестве рабочего материала он выбрал рубин вопреки бытующему мнению о его низкой квантовой эффективности. Источником оптической накачки стали сверхъяркие газосветные лампы, применяемые в фотографии в качестве фотовспышек. В мае 1960 г. он продемонстрировал первый в мире твердотельный лазер, работающий в импульсном режиме.

Теория и принципы создания генераторов для усиления световых волн (лазеров) были сформулированы в 1957-1960 гг. А. Прохоровым и Н. Басовым. Американские физики Ч. Таунс и А. Шавлов (Bell Labs, США) также опубликовали в 1958 г. фундаментальную работу в области инфракрасных лазеров, где описали принцип газового лазера на парах щелочи. Осенью 1961 г. ведущий научный центр Bell Labs сообщил о создании А. Джаваном, В. Бенетом и Д. Эрриотом опытного образца газового лазера, работающего в непрерывном режиме на смеси гелия и неона. В ближайшее время был получен лазерный эффект на парах цезия и продемонстрирована возможность построения лазера на различных химических элементах и соединениях. Квантовая электроника стала не только научным, но и перспективным техническим направлением.

Идея создания полупроводникового лазера относится к 1957 - 1959 гг. В 1961 г. она была описана американским физиком Р. Холлом. Однако обнаружилось, что изученные к тому времени полупроводники - кремний и германий - почти не обладали способностью излучать свет. Развитие полупроводниковых лазеров с самого начала было связано с созданием сложных многокомпонентных полупроводниковых материалов, не существующих в природе, а синтезируемых искусственно. Вначале это были двойные и тройные соединения и растворы, затем число компонентов возросло до четырех и более. Подбор подходящего полупроводника продолжался, и в конце 1962 г. почти одновременно в США и СССР были созданы первые полупроводниковые лазеры на основе арсенида галлия (GaAs).

Разработка полупроводникового лазера ознаменовала новое направление в науке. Но скоро выяснилось, что его применение в технике ограничено. Лазер работал только при температуре жидкого азота (~70 К) ив импульсном режиме. По степени монохроматичности (ДХДизЛ ~ 0,005) полупроводниковый лазер всего лишь в 10^20 раз превосходил светодиод, но в десятки тысяч раз уступал газовому лазеру. По угловой расходимости генерируемого луча (~ 30°) он напоминал оптически усовершенствованный светодиод. Кристаллы выходили из строя через несколько часов из-за высокой плотности рабочего тока. Поэтому широкое промышленное применение арсенидо-галлиевые лазеры получили только к 1970-м гг., когда были решены основные технологические проблемы производства и повышена надежность лазеров. Усовершенствовались характеристики полупроводниковых инжекционных лазеров и расширилась сфера их применения. В том числе, эксперименты по применению полупроводниковых лазеров проводились в области волоконно -оптической связи.

Открытие лазера дало стимул к развитию многих областей науки и техники. Благодаря этому, например, в 1963 г. стала возможной первая практическая демонстрация голографии, принципы которой были описаны Д. Габором еще в 1949 г. Открытие Д. Габора вызвало интерес в научных кругах. Но из-за отсутствия в 1950-е гг. стабильных источников когерентного излучения, голография не получила тогда практического применения. Создание полупроводникового лазера обеспечило в дальнейшем широчайшее применение голографии в различных отраслях промышленности. Например, в машиностроении голография использовалась для контроля качества изделий сложной формы, в медицине - для воспроизведения объемных изображений внутренних органов человека. Стало возможным создавать библиотеки любых объемных изображений, которые используются в военных целях, криминалистике, банковском деле, изобразительном искусстве.

Изобретение лазера породило новое перспективное направление в физике - нелинейную оптику и привело к возникновению новых технологий с уникальными возможностями, без которых немыслима современная цивилизация.

 
Интересная статья? Поделись ей с другими:

Кто на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 179 гостей 

Поиск по сайту

Новое о "Челюскин"

О. Шмидт – Арктика.

Полярный поход парохода "Челюскин" 1933/34 года привлек благодаря своей особой судьбе внимание многих миллионов. Эта...

О. Шмидт - Советская работа в Арктике.

Пользуясь лучшими достижениями международной науки, советские исследователи совершенно по-новому поставили задачу овладения Арктикой. Они ввели...

О. Шмидт - О «Челюскин».

В 1933 году было решено повторить поход "Сибирякова" - вновь выйти для сквозного прохода Северным...

О. Шмидт - Состав экспедиции и команды парохода «Челюскин».

Подбор людей - важнейшая часть организации любого дела. Особенно это относится к экспедициям, в которых...

О. Шмидт - Переход. Ленинград - Копенгаген – Мурманск.

Переход до Мурманска конечно не является экспедиционным плаванием, но для нас он имел тогда существенное...

О. Шмидт - Мурманск - мыс Челюскин.

В этой статье мы не будем касаться подробностей плавания, которые с навигационной стороны освещены в...

О. Шмидт - Море Лаптевых и Восточносибирское.

Первая половина нашего пути заканчивалась у мыса Челюскина. Она прошла очень трудно. Что нас ждет впереди,...

О. Шмидт - Колючинская губа.

От мыса Северного "Челюскин" шел уже девяти-десятибалльным льдом, т.е. льдом, покрывавшим от 90 до 100...

О. Шмидт - Берингов пролив.

Дрейф кружил наш пароход. Несколько раз мы проносились мимо мыса Сердце-Камень и снова отодвигались назад...

О. Шмидт - Зимовка.

"Литке" ушел. И все же мы еще не знали наверное, зазимуем мы или нет. Ветер...

О. Шмидт - На льдине.

13 февраля сильное сжатие прошло через место стоянки парохода, и "Челюскин" затонул на 68° северной...

О. Шмидт – Итоги экспедиции «Челюскин».

"Челюскин" не вышел в Тихий океан, а погиб, раздавленный льдами. Тем не менее проход до...

Новое по мировой истории

Масленица - история и традиции

Масленица - история и традиции

Масленица – один из немногих языческих праздников сохранившихся после принятия...

Разрушительные стихии над Европой в начале XXI века

Разрушительные стихии над Европой в начале XXI века

Ранее считалось, что стихийные бедствия, происходящие на земле, имеют исключительно...

Иштван I

Иштван I

В 973 году правитель Венгрии, князь Геза, отправил к германскому...

Великий поход Мао Цзэдуна

Льстивая пропаганда не скупилась для своего вождя на хвалебные эпитеты:...

Местное управление в России XVII века

Местное управление в России XVII века

По сравнению с центральным местное управление имело более сложную структуру....

Приказы в России XVII века

Приказы в России XVII века

Центральное управление осуществляли приказы (общегосударственные, дворцовые,...

Состав Думы в России XVII века

Состав Думы в России XVII века

Члены Думы, являясь советниками царя по вопросам законодательства, и сами...

Боярская дума и характер законотворческой деятельности в России XVII века…

Боярская дума и характер законотворческой деятельности в России XVII века

В правление царя Алексея Михайловича система государственного управления, формировавшаяся с...

Приказная система управления в России XVII века в оценке историков

Приказная система управления в России XVII века в оценке историков

Оценка историками сложившейся к концу XVII в. системы управления, прежде...

Преемственность двух эпох

Преемственность двух эпох

Начиная с работ Г.Ф. Миллера, в исторической науке утвердился взгляд...

  • Cheluskin_vo_ldah_2.jpg
  • fig_1.jpg
  • esche_Lena.jpg
  • photo.jpg
  • Cheluskin_vo_ldah_1.jpg
  • Stroitelstvo_Cheliuskin(Lena).jpg
  • fig_2.jpg
  • Cheluskin_otplytie_iz_Leningrada.jpg
  • 135.jpg
  • lager_SHmidta.jpg