‘≥зика > ѕерший руб≥новий лазер “еодора ћеймана

ѕерший руб≥новий лазер “еодора ћеймана

ѕерший руб≥новий лазер “еодора ћеймана

ƒо 75-р≥чч¤ ученого

"¬с¤ ≥стор≥¤ науки на кожному кроц≥ показуЇ, що окрем≥ особи б≥льш мали рац≥ю в своњх твердженн¤х, чим ц≥л≥ корпорац≥њ учених або сотн≥ ≥ тис¤ч≥ досл≥дник≥в, що дотримуютьс¤ пануючих погл¤д≥в".

”. ≤. ¬ернадськ≥й

” 1916 р. ј. Ёйнштейн теоретично обгрунтував ефект вимушеного випром≥нюванн¤ (у сучасн≥й терм≥нолог≥њ - лазерний ефект), в≥дкривши тим самим можлив≥сть створенн¤ принципово нових пристроњв, що генерують електромагн≥тн≥ коливанн¤ в оптичному д≥апазон≥ частот. ¬ т≥ роки скористатис¤ ц≥Їю можлив≥стю було не можна, оск≥льки було не¤сно, ¤к можна створити необх≥дн≥ умови збудженн¤ електрон≥в в речовин≥.

“еодор ћейман

Ќа п≥дб≥р в≥дпов≥дноњ речовини ≥ пошук способ≥в його збудженн¤ п≥шло б≥льше 30 рок≥в. Ќа думку укладач≥в юв≥лейного журналу "Electronics", в≥домий рад¤нський ф≥зик ¬. ј. ‘абр≥кант (¬сесоюзний електротехн≥чний ≥нститут, ћосква) ближче за ≥нших п≥д≥йшов до розум≥нн¤ можливост≥ посиленн¤ електромагн≥тного випром≥нюванн¤ при ≥ндукуюч≥й д≥њ ≥ншого випром≥нюванн¤, ≥ зробив спробу одержати посиленн¤ в парах цез≥ю [1]. ” 1940 р. в≥н виклав свою теор≥ю, засновану на квантових принципах, ≥ показав, що при пад≥нн≥ на середовище електромагн≥тного випром≥нюванн¤ певноњ частоти в≥дбуваЇтьс¤ його резонансне поглинанн¤, що викликаЇ перех≥д електрон≥в на верхн≥ енергетичн≥ р≥вн≥. якщо через дане середовище проход¤ть фотони т≥Їњ ж частоти, то можливе поверненн¤ електрон≥в па нижн≥ р≥вн≥ з вимушеним випром≥нюванн¤м фотон≥в т≥Їњ ж частоти. ќтже, в≥дбуваЇтьс¤ посиленн¤ потоку фотон≥в.

” 1954 р. рад¤нськ≥ ф≥зики A.M. ѕрохоров ≥ Ќ. √. Ѕасов одержали лазерно-мазерний ефект, що пол¤гаЇ в наступному: пот≥к молекул ам≥аку, ретельно в≥дсортованих в магн≥тному пол≥ по однаковому ступеню збудженн¤, потрапл¤в в —¬„-резонатор ≥ починав випром≥нювати електромагн≥тн≥ хвил≥. ќдержала експериментальне п≥дтвердженн¤ теор≥¤ ј. Ёйнштейна про можлив≥сть вимушеного випром≥нюванн¤. ” цьому ж роц≥ ƒ. √ордон, √. «ейгер ≥ „. “аунс оголосили про створенн¤ першого квантового генератора (мазера), що працюЇ на молекулах ам≥аку. ѕравда, генерац≥¤ випром≥нюванн¤ була в сантиметровому рад≥од≥апазон≥ (довжина хвил≥ l=1,24 см). ¬иник новий напр¤м ф≥зики - квантова електрон≥ка.

” 1957-1958 рр. A.M. ѕрохоров ≥ Ќ. √. Ѕасов в ћоскв≥, у ‘≥зичному ≥нститут≥, сформулювали основн≥ принципи створенн¤ генератор≥в ≥ п≥дсилювач≥в св≥тлових хвиль. ќдночасно в —Ўј „. “аунс ≥ ј. Ўавлов (Bell Telephone Laboratories) опубл≥кували фундаментальну роботу у област≥ ≥нфрачервоних ≥ оптичних лазер≥в, в ¤к≥й був описаний принцип створенн¤ лазера на парах лугу [2]. «а це в≥дкритт¤ A.M. ѕрохоров ≥ Ќ. √. Ѕасов сп≥льно з „. “аунсом були удостоЇн≥ Ќобел≥вськ≥й прем≥њ 1964 р.

ѕродовжувалис¤ широк≥ досл≥дженн¤ у област≥ матер≥ал≥в, способ≥в збудженн¤ ≥ конструкц≥й квантових генератор≥в. —Ўј, що ведуть науково-досл≥дн≥ лаборатор≥њ, —–—–, ¬еликобритан≥њ ≥ ≥нших високорозвинутих крањн проводили ≥нтенсивн≥ досл≥дженн¤, проте н≥кому не вдавалос¤ створити робочий зразок.  рупн≥ компан≥њ, в≥йськов≥ в≥домства ≥ досл≥дницьк≥ лаборатор≥њ вкладали величезн≥ засоби в створенн¤ лазера, але це не наближало њх до результату. ≈кспериментальн≥ досл≥дженн¤ зайшли в безвих≥дь ≥ багато учених стали сумн≥ватис¤ в практичн≥й можливост≥ отриманн¤ когерентного оптичного генератора.

—аме у цей момент - момент накопиченн¤ фундаментальних теоретичних результат≥в ≥ в≥дсутност≥ практичних р≥шень - з'¤вивс¤ “еодор X. ћейман. ¬≥н ув≥йшов до ≥стор≥њ ¤к ф≥зик, ¤кому вперше в св≥т≥ вдалос¤ одержати лазерний ефект в твердому тел≥. ” створеному њм твердот≥льному лазер≥ активною речовиною служив руб≥новий цил≥ндровий стрижень, а збудженн¤ зд≥йснювалос¤ за допомогою оптичного накачуванн¤ (ламп фотоспалаху). ƒл¤ забезпеченн¤ в кристал≥ руб≥на ≥нверсноњ населеност≥ енергетичних р≥вн≥в лампи працювали в режим≥ сверх'¤рких коротких спалах≥в, що забезпечувало ≥мпульсний режим роботи лазера.

“еодор ћейман (або просто “ед, ¤к його тод≥ називали) народивс¤ в 1927 р. в Ћос-јнджелес≥. …ого батько працював ≥нженером-електронщиком в Bell Labs ≥ був винах≥дником. Ѕагато рок≥в в≥н витратив на те, щоб довести необх≥дн≥сть застосуванн¤ електронних пристроњв в автомоб≥л¤х. ” той час його пропозиц≥њ не викликали ≥нтересу, проте вже через дек≥лька рок≥в вс≥ автомоб≥л≥ були обладнан≥ запропонованим њм електронним приладом. “алановитий ≥нженер ≥ осв≥чена людина, в≥н передчував широке застосуванн¤ електрон≥ки в р≥зних област¤х людськоњ д≥¤льност≥ ≥, зокрема, впровадженн¤ њњ дос¤гнень в медицину. —аме в≥н винайшов перший електронний стетоскоп [2].

—тарший ћейман з дитинства щепив “еду любов до електрон≥ки ≥ наукового пошуку. ” в≥ц≥ 12 рок≥в хлопчик допомагав батьков≥ ремонтувати р≥зн≥ електронн≥ пристроњ, а в 14 в≥н вже працював в майстерн≥ одн≥Їњ з компан≥й. ” 1949 р. “еодор ћейман зак≥нчив ун≥верситет штату  олорадо ≥ одержав званн¤ бакалавра у област≥ техн≥чноњ ф≥зики. ” той час в≥н мр≥¤в працювати на факультет≥ ф≥зики —тенфордського ун≥верситету ≥ п≥сл¤ дек≥лькох невдалих спроб все-таки дос¤г поставленоњ мети.

” —тенфорде “. ћейман зробив перш≥ кроки до усп≥ху. –обота п≥д кер≥вництвом лауреата Ќобел≥вськоњ прем≥њ ¬. Ћемба дала йому саме таку п≥дготовку, ¤ка була потр≥бна дл¤ практичного вт≥ленн¤ ≥дењ лазера. ƒисертац≥¤ ћеймана була присв¤чена оптичним ≥ —¬„-вим≥рюванн¤м, в≥н вивчив р≥зн≥ способи отриманн¤ оптичного випром≥нюванн¤ ≥ що ≥снують тод≥ оптичн≥ вим≥рювальн≥ прилади. ≤з-за ф≥нансових труднощ≥в в≥н сам розробл¤в ≥ виготовл¤в необх≥дне йому дл¤ проведенн¤ експеримент≥в спец≥альне електронне устаткуванн¤. ” 1955 р. “. ћейман одержав ступ≥нь доктора ф≥лософ≥њ.

ћейман завжди був великим ориг≥налом. ќдержавши вчений ступ≥нь, дос¤гнувши певного сусп≥льного положенн¤ ≥ частково задовольнивши своњ амб≥ц≥њ, в≥н вир≥шив перервати досл≥дженн¤ ≥ в≥дправитис¤ в кругосв≥тню подорож. ћейман п≥дготував соб≥ наступника, ¤кий м≥г би продовжити експерименти на створеному њм устаткуванн≥. ÷е був ≤. ¬ейдер, його Їдиний соратник ≥ пом≥чник, чиЇ ≥м'¤ також згодом ув≥йшло до ≥стор≥њ створенн¤ лазера. ѕовернувшись з кругосв≥тньоњ подорож≥, ћейман почав працювати в лаборатор≥њ Hughes Research, одн≥Їњ з багатьох включених в гонку створенн¤ лазера. ÷≥Їю проблемою займалис¤ найб≥льш≥ досл≥дницьк≥ центри: Bell Labs, RCA Labs ≥ ≥н.

“руднощ≥, з ¤кими з≥ткнувс¤ молодою ≥ мало тод≥ кому в≥домий учений, були величезн≥. Ќе дивл¤чись на те, що ћейман волод≥в великим досл≥дницьким досв≥дом, в нього н≥хто не в≥рив. …ого теоретичн≥ ≥ практичн≥ розробки не знаходили п≥дтримки, ф≥нансуванн¤ було м≥зерним.  оли ¤к матер≥ал дл¤ лазера в≥н вибрав руб≥н, мастит≥ учен≥ п≥дн¤ли його на см≥х. «найомство з властивост¤ми руб≥на ≥ досв≥д роботи з ним ¤к з матер≥алом, ¤кий може служити джерелом когерентного випром≥нюванн¤, в≥н одержав ще в асп≥рантур≥ —тенфордського ун≥верситету. Ѕув пер≥од, коли утомлений в≥д даремних зусиль ≥ насм≥шок, ћейман нав≥ть в≥дмовивс¤ в≥д використанн¤ руб≥на. Ќа це р≥шенн¤ вплинули експерименти ≤. ¬ейдера, ¤кий визначив, що квантова ефективн≥сть випром≥нюванн¤ руб≥на дуже низька (близько 1%). “. ћейман звернувс¤ до досл≥дженн¤ ≥нших матер≥ал≥в, але альтернативи не знаходив.

≤ тод≥ з надзвичайною завз¤т≥стю, що викликала роздратуванн¤ ≥ насм≥шки, в≥н повернувс¤ до експеримент≥в з руб≥ном. Ўл¤хом повторних досл≥д≥в ћейман з'¤сував, що результати ¬ейдера були помилков≥.  вантова ефективн≥сть випром≥нюванн¤ руб≥на ви¤вилас¤ р≥вною 75%.

1	2

Ќазва: ѕерший руб≥новий лазер “еодора ћеймана
ƒата публ≥кац≥њ: 2006-03-13 (1122 прочитано)