Теодор Майман — создатель рабочего лазера, которому впервые в мире удалось получить лазерный эффект в твердом теле
Лазеры в науке 04.02.2022 Комментарии к записи Теодор Майман — создатель рабочего лазера, которому впервые в мире удалось получить лазерный эффект в твердом теле отключеныЛазерные установки уже давно стали повседневностью, их широкое использование сегодня никого не удивляет. Мы сталкиваемся с ними в клиниках при обследованиях и лечении, в трудовых процессах во многих отраслях и даже в качестве бытовых приборов в домашних условиях. Но едва ли многие из нас знакомы с историей открытия удивительных свойств лазера и смогут назвать имя создателя первой лазерной установки.
Мало кто назовет и значение самого слова «лазер» (от англ. laser), вошедшего практически во все языки. А ведь этот термин — акроним по первым буквам слов в полном названии прибора по-английски: «light amplification by stimulated emission of radiation» («усиление света посредством вынужденного излучения»). Строго научно лазер называют оптическим квантовым генератором — это устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и другие) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.
Еще в 1916 году Альберт Эйнштейн теоретически обосновал эффект вынужденного излучения, открыв тем самым возможность создания принципиально новых устройств, генерирующих электромагнитные колебания в оптическом диапазоне частот. Но в те годы этой возможностью нельзя было воспользоваться, так как никто не знал, каким образом можно создать требуемые условия возбуждения электронов в веществе. Более трех десятков лет ушло на подбор соответствующего вещества и поиск способов его возбуждения.
Ближе других подошел к пониманию возможности усиления электромагнитного излучения при индуцирующем действии другого излучения известный советский физик В.А.Фабрикант из Всесоюзного электротехнического института, он же сделал попытку получить усиление в парах цезия. В 1940 году ученый изложил свою теорию, основанную на квантовых принципах, и показал, что при падении на среду электромагнитного излучения определенной частоты происходит его резонансное поглощение, вызывающее переход электронов на верхние энергетические уровни. Если через данную среду проходят фотоны той же частоты, то возможен возврат электронов на нижние уровни с вынужденным излучением фотонов той же частоты. Следовательно, происходит усиление потока фотонов.
В 1954 году советские физики A.M.Прохоров и Н.Г.Басов получили лазерно-мазерный эффект: поток молекул аммиака, тщательно отсортированных в магнитном поле по одинаковой степени возбуждения, попадал в СВЧ-резонатор и начинал излучать электромагнитные волны. Так получила экспериментальное подтверждение теория А.Эйнштейна о возможности вынужденного излучения. В этом же году Д.Гордон, Г.Зейгер и Ч.Таунс объявили о создании первого квантового генератора (мазера), работающего на молекулах аммиака. Возникло новое направление физики – квантовая электроника. В 1957-1958 годах A.M.Прохоров и Н.Г.Басов в Физическом институте сформулировали основные принципы создания генераторов и усилителей световых волн. Одновременно в США Ч.Таунс и А.Шавлов опубликовали фундаментальную работу в области инфракрасных и оптических лазеров, в которой был описан принцип создания лазера на парах щелочи. За это открытие A.M.Прохоров и Н.Г.Басов совместно с Ч.Таунсом были удостоены Нобелевской премии 1964 года.
Продолжались широкие исследования в области материалов, способов возбуждения и конструкций квантовых генераторов. Ведущие научно-исследовательские лаборатории США, СССР, Великобритании и других высокоразвитых стран проводили интенсивные исследования, но никому не удавалось создать рабочий образец. Крупные компании, военные ведомства и исследовательские лаборатории вкладывали огромные средства в создание лазера, но это не приближало их к результату. Экспериментальные исследования зашли в тупик, и многие ученые стали сомневаться в практической возможности получения когерентного оптического генератора. Именно в этот момент, когда были накоплены фундаментальные теоретические результаты, но отсутствовали практические решения, и появился Теодор Харальд Майман.
Теодор Харальд Майман.Он вошел в историю как физик, которому впервые в мире удалось получить лазерный эффект в твердом теле.
В созданном им твердотельном лазере активным веществом служил рубиновый цилиндрический стержень, а возбуждение осуществлялось с помощью оптической накачки (ламп фотовспышки).
Для обеспечения в кристалле рубина инверсной населенности энергетических уровней лампы работали в режиме сверхъярких коротких вспышек, что обеспечивало импульсный режим работы лазера.
В Стэнфорде Майман сделал первые шаги к успеху. Работа под руководством лауреата Нобелевской премии В.Лэмба дала ему именно такую подготовку, которая была нужна для практического воплощения идеи лазера. Теодор всегда был большим оригиналом. Получив ученую степень, достигнув определенного общественного положения и отчасти удовлетворив свои амбиции, он решил прервать исследования и отправиться в кругосветное путешествие. Майман подготовил себе преемника, который мог бы продолжить эксперименты на созданном им оборудовании. Это был И.Вейдер, его единственный соратник и помощник, чье имя также впоследствии вошло в историю создания лазера. Вернувшись из кругосветного путешествия, Майман начал работать в лаборатории «Hughes Research», одной из многих включенных в гонку по созданию лазера.
