Лазерный мир

реди лауреатов Нобелевской премии достаточно много уроженцев Российской империи, ставшими знаменитыми учеными за ее пределами. Однако среди советских и российских лауреатов есть человек, который принадлежит к обратной ситуации: он родился на другой стороне земного шара, однако главное свое деяние он совершил в СССР, а потом умудрился рассориться со своим соавтором вдрызг – что, однако, привело к еще большему развитию науки в стране. В нашей рубрике «Как получить Нобелевку» – отец лазера Александр Прохоров.

Александр Михайлович Прохоров

Родился 11 июля 1916 года в Атертоне, Австралия

Умер 8 января 2002 года в Москве

Нобелевская премия по физике 1964 года (совместно с Николаем Басовым и Чарлзом Таунсом). Формулировка нобелевского комитета: «за фундаментальные работы в области квантовой электроники, которые привели к созданию генераторов и усилителей на лазерно-мазерном принципе».

Нынешний наш герой нобелевского цикла уникален многими и многими событиями своей жизни. Мало того, что он получил премию за создание одного из главных изобретений XX века, так ещe и родился в Австралии. Да, конечно, вы поняли — речь идет о «человеке, придумавшем лазер» (хотя на самом деле все чуть сложнее), одном из десяти «физтеховских» нобелиатов, создателе Института общей физики Академии наук — в просторечии ИОФАНа — Александре Михайловиче Прохорове.

Эффект вынужденного испускания фотонов был сначала предсказан Альбертом Эйнштейном в 1916 году теоретически, а потом, уже спустя много лет, его удалось получить в лаборатории. Заключается он в том, что вероятность перехода атома из возбужденного состояния в основное значительно повышается под действием фотона. При этом образовавшийся (индуцированный) фотон находится в том же самом квантовом состоянии, что и фотон, вызвавший переход (индуцирующий).

Давайте разберемся, что такое вынужденное излучение. Сначала — совсем немного минимальной теории строения атома. Атом состоит из ядра и электронов. По умолчанию, электроны, которые «движутся» вокруг ядра (для простоты можно представить себе вращение спутника по орбите, хотя в квантовом мире все совсем иначе), находятся на «орбитах» с минимальными энергиями. Если в атом «закачать» энергию (в лазере этот процесс и называется накачкой), то электроны будут находиться на «более высоких» орбитах (не забываем об условности орбит и их высоты). Это — возбужденное состояние атома. Атом может вернуться в исходное состояние, испустив квант света. И вот эту-то вероятность испускания света усиливает внешний фотон. Таким образом, у нас есть активная среда, есть возможность накачать ее энергией и способ потом эту энергию превратить в вынужденное излучение. А для того чтобы свет имел определенную частоту, нужно заставить его пройти через активную среду определенное число раз. Нужен оптический резонатор. Такой резонатор представляет собой два зеркала, поставленных друг напротив друга, одно из которых полупрозрачное, частично пропускающее излучение за пределы рабочей среды. Это тоже идея Прохорова. Но пока что это все не привело к лазеру.

Прохоров, Басов и Таунс предложили способ, как использовать эффект вынужденного излучения, чтобы получить когерентное излучение в микроволновом диапазоне. Таунс создал первый мазер. Оставалось сделать один шаг — перейти к видимому свету, однако казалось, что он не будет сделан никогда.

Считалось, что резонатор для генератора когерентного излучения должен иметь размер длины волны этого излучения. Это следовало из того, что первые лазеры использовали газовую активную среду. Получалось, что для видимого света сделать резонатор длиной в сотни нанометров не представлялось возможным.

Нужен был «шаг в сторону», и его сделал человек, так и не удостоенный нобелевской премии. Американец Теодор Майман в своей лаборатории в Малибу решил использовать в качестве рабочей среды кристалл рубина. И оказалось, что достаточно того, чтобы в размер резонатора укладывалось любое целое количество длин волн излучения. В 1960 году началась эпоха лазера — буква M (microwave) в уже знакомой нам аббревиатуре сменилась буквой L (light).

А дальше была Нобелевская премия по физике, поделенная на троих — Прохорова, Басова и Таунса. Человек, сделавший последний шаг к «решению, которое само ищет себе задачу», остался за бортом премии.

А дальше — еще много открытий и свершений: собственный институт в АН СССР (знаменитый и сегодня Институт общей физики, ИОФАН, ныне — ИОФ РАН им. А.М. Прохорова), лазер на основе двухквантовых переходов, ИК-лазеры, непрерывные лазеры…

А какие у него были ученики — начиная с Николая Басова и продолжая, скажем, одним из ректоров МФТИ Николаем Карловым или первооткрывателем метаматериалов Виктором Веселаго! Был и конфликт с Басовым, приведший к тому, что Прохорову дали сделать собственный институт, и лазерная тематика в СССР пошла развиваться под руководством двух нобелевских лауреатов двумя путями – что сделало нашу страну лидером лазерных технологий.

Источник: https://indicator.ru/article/2018/11/03/aleksandr-prohorov/