Лазерный мир

О выборе пути в физику, о самых острых проблемах науки в России, о своем отношении к «птицам» и «лягушкам», о любимом научном направлении — физике лазеров и нелинейной оптике и свой гражданской активности член Клуба «1 июля», академик РАН, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник и заместитель директора по научной работе Института прикладной физики РАН Ефим Хазанов рассказал «ТрВ-Наука». Вопросы задавала Наталия Демина.

— Как и когда вы решили стать физиком? Были ли колебания, кем стать?

— Мои родители никак не связаны с точными науками. Мама — врач, работала хирургом, потом — преподавателем хирургии. Папа — журналист. Однако у меня с младших классов был сильный интерес к математике, потом добавился интерес к физике, так что никаких колебаний не было. 

— Как сложились ваши научные интересы? Менялись ли они с годами?

— Направление научных интересов сформировалось с дипломной работы — по физике лазеров и нелинейной оптике. В этой области я проработал всю жизнь. Причем для меня всегда физика лазеров и нелинейная оптика были не через запятую, а в тесной взаимосвязи и, я бы сказал, во взаимном проникновении друг в друга. Попробую пояснить.

Цель нелинейной оптики — изучить распространение мощного излучения в среде. Как правило, для такой задачи лазер нужен только как источник излучения; теоретическую статью и даже книгу по нелинейной оптике можно написать вообще без использования слова «лазер». В лазерах, в свою очередь, используется много чего, в том числе нелинейно-оптические элементы. Без них современный мощный лазер немыслим, но они, как правило, применяются как готовые элементы, физика которых понятна и известна. Наряду с зеркалами, линзами, блоками питания, помпами, вакуумными насосами и т. д.

Кроме того, нелинейность в физике лазеров не всегда играет положительную роль — зачастую она приводит к паразитным эффектам. В моих исследованиях физика лазеров и нелинейная оптика всегда были настолько тесно переплетены, что большинство работ нельзя отнести к какой-то одной из этих областей физики. И это всегда служило для меня стимулом и драйвом.

С годами тематика, конечно, менялась. До конца 1990-х это были наносекундные лазеры и нелинейность, связанная с рассеянием Мандельштама — Бриллюэна. Это полезная нелинейность, используемая для улучшения параметров лазерного излучения, в частности для сжатия наносекундных импульсов и для обращения волнового фронта. Последнее позволяет подавить негативные последствия неизбежных тепловых эффектов в лазерах. Приобретенный опыт исследования этих эффектов позволил мне быстро переключиться на изучение тепловой нелинейности. Эти работы были инициированы вовлечением моего института, Института прикладной физики (ИПФ РАН), в международный проект LIGO (Laser Interferometric Gravitational Observatory). Это уже отнюдь не полезная, а, наоборот, паразитная нелинейность, которая наиболее актуальна не столько в наносекундных лазерах, сколько в непрерывных.

В начале 2000-х я поменял тематику, переключившись на фемтосекундные лазеры с большой пиковой мощностью (1 фс = 10⁻¹⁵ с. — Ред.). Это было связано со стартовавшим в ИПФ РАН в сотрудничестве с Российским федеральным ядерным центром и ВНИИ экспериментальной физики (РФЯЦ-ВНИИЭФ) проектом создания петаватного лазера (1 ПВт = 10¹⁵ Вт).

В основу этого лазера, в отличие от традиционно используемого принципа усиления света за счет инверсии населенности, был положен принцип параметрического усиления — классического нелинейно-оптического эффекта, который позволяет преобразовать лазерную энергию узкополосного наносекундного импульса в энергию широкополосного фемтосекундного. Таким образом, несмотря на переход от непрерывных лазеров к фемтосекундным, в центре моего внимания осталась нелинейная оптика, «сменившая» роль паразитного эффекта на роль фундамента, на котором «стоит» весь лазер.

Но и в этой работе без паразитных эффектов нелинейной оптики не обошлось. Очень быстро выяснилось, что мощность нашего фемтосекундного лазера ограничивается энергией наносекундного импульса накачки параметрического усилителя, которая, в свою очередь, лимитируется самофокусировкой, вызванной кубической нелинейностью. Пришлось глубоко изучить этот открытый в 1960-х годах эффект, использовать известные методы его подавления, а также придумать новые. Итогом стало успешное создание петаватного лазера. Но не только это.

Дело в том, что к началу 2010-х годов кубическая нелинейность широко использовалась в фемтосекундных лазерах для сжатия импульсов и для увеличения их мощности. Однако это было возможно только для относительно маломощных лазеров, в которых самофокусировка не играла существенной роли. Эффективное использование кубической нелинейности в сверхмощных лазерах было «запрещено» из-за самофокусировки.

Другими словами, кубическая нелинейность представлялась в виде двуликого Януса, являясь одновременно как полезным (из-за сжатия импульсов) эффектом, так и паразитным (из-за самофокусировки). Отделить одно от другого казалось принципиально невозможным. Об этом ограничении, в частности, написал будущий лауреат Нобелевской премии по физике (2018) Жерар Муру (Gérard Mourou) в своей заявке на патент по сжатию импульсов.

Проведенное нами детальное изучение самофокусировки показало, что для фемтосекундных импульсов ее можно очень эффективно подавить, сохранив «нетронутым» полезный эффект сжатия импульсов. Это открыло возможность нелинейного сжатия импульсов и увеличения пиковой мощности сверхмощных лазеров.

Сейчас мы видим, что вслед за нами по этому пути идут или собираются идти многие лаборатории мира. Более того, «снятие запрета» на кубическую нелинейность в этих лазерах позволило поставить вопрос о ее использовании не только для увеличения мощности импульса, но и для других целей: удвоения частоты, увеличения временного контраста импульса, управления его поляризацией. Этими исследованиями мы занимается в последние годы. О планах на будущее рассказывать не буду, расскажу, когда они реализуются.

Таким образом, возвращаясь к вашему вопросу, скажу, что, с одной стороны, конкретные интересы менялись довольно сильно, но, с другой стороны, я всегда был верен физике лазеров и нелинейной оптике в их теснейшем переплетении.

— Какую проблему организации науки в России вы считаете самой острой?

— Одну проблему, к сожалению, не выделить. Даже если ограничиться более близкой мне фундаментальной наукой, то меньше трех не получается.

Во-первых, недостаточное финансирование. Считать можно по-разному: процент от ВВП, финансирование на душу населения, финансирование на одного ученого — но, как ни считай, получается, что Россия далеко позади лидеров. А чтобы догнать или хотя бы не отстать, нужно выделять денег больше, чем у лидеров.

Во-вторых, запредельная бюрократия. Ученые заполняют огромное количество бумаг (как в электронном виде, так и в бумажном), подавляющее большинство из которых нужно только для оправдания существования бюрократической надстройки. Последняя становится всё больше и больше, количество и надуманность бумаг тоже растет, отнимая у сотрудников научных институтов массу времени, да и денег (см. также пункт первый). Добавлю, что это еще и отталкивает людей от научной работы и карьеры, переходим к третьему пункту.

В-третьих, дефицит квалифицированных научных кадров. Это связано с большим оттоком научных сотрудников за границу или в другие области деятельности, а также с маленьким притоком новых кадров. Престиж профессии ученого в обществе крайне низок, во всяком случае, он не сопоставим с престижем в советское время. Меня нельзя заподозрить в ностальгии по советскому времени, но это так. Сколько россиян в ответ на вопрос «Кому на Руси жить хорошо?» назовут ученых в первой десятке?

Наука в России потихоньку (да потихоньку ли?) из дела государственного сползает в некое подвижничество. Конечно, для ученого важны энтузиазм, драйв, горящие глаза, но это всё же вишенка на торте, которая без самого торта бесполезна. К падению престижа ученого приложила руку и девальвация научных степеней, которые можно получить, копируя чужие тексты.

— Как, на ваш взгляд, должна быть организована наука в России прекрасного будущего?

— Надо решить перечисленные выше проблемы. Как их решать, довольно понятно, если принять основополагающий принцип: нужно, чтобы наукой управляли ученые, а не чиновники. Даже если это будут ученые «в прошлом», не занимающиеся активно наукой в настоящее время. Главное — чтобы они не были чиновниками, не мыслили как чиновники, не говорили как чиновники.

Источник: https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/435908/Efim_Khazanov_Ne_mogu_sidet_v_bashne_iz_slonovoy_kosti