Реферат: Прохоров Александр Михайлович
Представление об индуцированном излучении является одним из краеугольных камней квантовой электроники и физики лазеров.
Понадобилось около трех десятков лет с момента завершения построения теории излучения и поглощения света до создания первого лазера. Однако ничего удивительного в этом нет. Предстояло сделать еще несколько поистине гигантских шагов, чтобы завершить строительство фундамента лазерной физики. Дело в том, что А. Эйнштейн и П.А.М. Дирак, развивая представления об индуцированном излучении, имели в виду прежде всего оптику, где в то время уже господствовали квантовые представления. Однако в арсенале оптики отсутствовали идеи и методы, дополнившие впоследствии представления об индуцированном излучении и приведшие к созданию лазера. Сейчас уже очевидно, что в оптическом сообществе лазер появиться принципиально не мог. Вершиной развития представлений об индуцированном излучении в среде оптиков стали работы профессора В.А. Фабриканта об оптических средах с отрицательным поглощением (с усилением в квантово-электронной терминологии). Понятия о генерировании монохроматического, когерентного и узко-направленного излучения, что, собственно, и характеризует лазер, в оптике не возникало и не могло в то время возникнуть. Эти идеи и понятия пришли из радиофизики и радиоспектроскопии вместе с понятиями о монохроматическом излучении, инверсной населенности, резонаторах, усилении и генерации радиоизлучений в середине 50-х годов XX века. В среде радиофизиков, оперирующих, в отличие от оптиков, в основном волновыми представлениями, эти понятия уже давно и прочно укоренились и широко использовались в работе. Именно в этих областях успешно работали А.М. Прохоров и его молодые сотрудники. Имея богатый опыт и знания в области радиофизики и прекрасно владея аппаратом теории колебаний, с одной стороны, и глубоко проникнув в область радиоспектроскопии - с другой, Александр Михайлович впервые синтезировал основные идеи и методы радиофизики с квантовыми представлениями оптики.
В 1954 году А.М. Прохоровым (совместно с Н.Г. Басовым) были предложены методы формирования молекулярных пучков с последующей сортировкой возбужденных и невозбужденных молекул и пропусканием пучка возбужденных молекул через объемный резонатор. Здесь впервые удалось соединить в одно целое представления об индуцированном излучении и инверсной населенности с представлениями о резонаторах, обратной связи и генерации когерентного электромагнитного излучения. Всего этого было уже достаточно для создания квантового генератора, работающего на энергетических переходах в радиодиапазоне в молекулярных пучках (т.е. мазера). Первым таким генератором стал аммиачный мазер, излучающий в радиодиапазоне. В тот же период времени была создана исчерпывающая теория молекулярного генератора и усилителя радиоизлучения (1955, А.М. Прохоров совместно с Н.Г. Басовым).
Совершенно естественно, что после триумфального завершения работ по мазерам возник вопрос о движении в сторону видимого участка спектра электромагнитных колебаний, т.е. о создании лазеров оптического диапазона.
Описывая историю создания лазера, часто отмечают, что основной трудностью продвижения из радио- в оптический диапазон является резкое возрастание вероятности спонтанных переходов, в связи с чем появляются трудности в достижении инверсной населенности. Сам А.М.Прохоров в своей Нобелевской лекции в 1964 году заметил, что основными препятствиями на пути создания лазера оптического диапазона в то время были: отсутствие резонаторов, способных работать в оптическом диапазоне длин волн, и отсутствие конкретных методов достижения инверсной населенности в оптическом диапазоне. Уже вскоре после появления радиоволнового мазера оба эти препятствия были блестящим образом устранены.
В 1955 году А.М. Прохоровым (совместно с Н.Г. Басовым) была опубликована идея создания инверсной населенности не путем селекции возбужденных и невозбужденных молекул в молекулярных пучках, а за счет воздействия на молекулы внешнего электромагнитного излучения резонансной частоты. Этот метод, получивший впоследствии название метода трех уровней, позволяет достигать инверсной населенности в любых многоуровневых системах, независимо от величины энергии кванта. Метод трех уровней лежит сейчас в основе работы всех лазеров с так называемой оптической накачкой. Столь же успешно было преодолено и второе из препятствий - отсутствие подходящих резонаторов для оптического диапазона. Проблема состояла в том, что объемные резонаторы, широко использовавшиеся в радиофизике, не могли быть применены в оптике по той причине, что размеры объемного резонатора должны быть соизмеримы с длиной волны генерируемого им излучения. Как известно, длины волн оптического диапазона составляют величины порядка 1 микрометра, что делает применение объемных резонаторов абсолютно бессмысленным. В 1958 году А.М.Прохоров впервые предложил использовать в качестве резонатора пару плоских параллельных пластин-зеркал, так называемый открытый резонатор. Такая пара зеркал использовалась ранее в оптике в качестве весьма распространенного инструмента, так называемого интерферометра Фабри-Перо, но совершенно для других целей. Создание открытого резонатора снимало последнее ограничение для продвижения в оптическую область спектра и, по существу, завершало собой построение фундамента лазерной физики. Тем не менее лазеры оптического диапазона появились лишь несколько лет спустя, причем первый лазер на кристаллах рубина был создан в США (1960).
Предложение использовать открытые резонаторы для оптических генераторов (лазеров) было связано с тем, что существующие в радиодиапазоне резонаторы имеют размеры, сравнимые с длиной волны. Это не подходит для лазеров, так как длина волны света на несколько порядков меньше, чем длина радиоволны. Открытый резонатор решил эту проблему, так как размеры этого резонатора значительно больше, чем длина волны, излучаемой лазером. Поэтому открытый резонатор используется во всех лазерных системах.
Ныне остается удивляться тому, что лазеры были созданы в такие короткие сроки. Действительно, для создания генератора радиодиапазона - мазера - необходимы были блестящие знания в области радиофизики, теории колебаний, радиоспектроскопии и оптики, помноженные на столь же блестящие талант и научную интуицию, а для его технического воплощения - труд талантливых механиков, т.е. все работы могли быть выполнены в пределах одного научного коллектива. Для прорыва же в область оптического диапазона, кроме всего перечисленного выше, необходимо было еще одно: требовался переход на совершенно новые технологии, которые не существовали тогда ни в СССР, ни в других странах, включая и США.
Необходимо было организовать поиск новых материалов, причем во всех мыслимых агрегатных состояниях: твердом (кристаллы и стекла), жидком, газообразном и в состоянии плазмы, обладающих необходимыми для генерации схемами энергетических уровней; необходимо было разработать методы получения этих материалов. При этом предъявлялись очень высокие требования к химической чистоте и структурной однородности материалов, значительно более высокие, чем существовали раньше. Кроме того, необходимо было разработать и внедрить в практику методы прецизионной механической обработки новых материалов, например, разработать методы полировки оптических поверхностей с небывало высоким классом точности, строгой параллельностью и высокой плоскостностью. Нужно было создать новые источники излучения для оптической накачки, новые методы напыления прецизионных зеркал. За этими звеньями технологии тянулись другие: создание нового технологического оборудования, особо чистых реактивов, методик и приборов для контроля качества и физических параметров материалов и много других совершенно необходимых "мелочей", из которых складываются так называемые высокие технологии. По-существу, необходимо было создать разветвленную исследовательскую и промышленную инфраструктуру, без которой создание лазеров и их продвижение в практику были бы невозможны. Мало что из перечисленного существовало в готовом виде к моменту начала развертывания работ по созданию лазеров. Именно А.М. Прохоров первым осознал необходимость и масштабы предстоящей работы и включился в нее со всем жаром своего темперамента, талантом ученого и организатора и глубокими и разносторонними знаниями. В рекордно короткие сроки, в пределах одного десятилетия, в СССР была создана сеть новых институтов, конструкторских бюро и производств, подготовлены кадры специалистов-лазерщиков и специалистов смежных направлений. В результате за короткий срок СССР превратился, наряду с США, в одну из двух лазерных сверхдержав. Роль А.М. Прохорова в этом процессе трудно переоценить. Она вполне сопоставима с ролью И.В. Курчатова в развитии атомной физики и энергетики и С.П. Королева в развитии космической техники и космонавтики.
Под руководством А. М. Прохорова выполнен широкий круг работ, из которых в дальнейшем складываются целые научные направления как лазерной физики, так и других областей современной науки. Среди них - мощные твердотельные лазеры на кристаллах и стеклах, мощные лазеры на углекислом газе непрерывного действия, в том числе газодинамические, взаимодействие оптического излучения с веществом, в том числе распространение мощных световых пучков в нелинейных средах. Потом в круг его интересов вошли рентгеновские лазеры, лазеры с прямой ядерной накачкой, физика поверхности, микроэлектроника, высокотемпературная сверхпроводимость.
Создание лазеров стало подлинной революцией в оптике, поскольку до этого не существовали генераторы в оптическом диапазоне волн. С тех пор история лазеров обогатилась многими замечательными свершениями. Созданы новые типы лазеров, обоснованы и разработаны многие направления их практического использования в медицине, технологии материалов, обработке и передаче информации, приборостроении, экологии и во многих других областях.
Сегодня лазеры составляют основу фотоники - современной области технологии генерации и преобразования света и других электромагнитных излучений. Развитие этой области приобрело в последние годы взрывной характер и составляет предмет соревнования наиболее развитых стран мира. В поистине триумфальном шествии лазеров в современном мире ярко отражается личность выдающегося ученого-энциклопедиста Александра Михайловича Прохорова.
Неоценим вклад Александра Михайловича в развитие таких областей физики, как нелинейная оптика, волоконная и интегральная оптика, физика магнитных явлений, субмиллиметровая спектроскопия. Большое внимание Александр Михайлович уделяет и многочисленным применениям лазеров, особенно волоконно-оптической связи, лазерным технологиям и использованию лазеров в медицине и экологии.
Важнейшие, выдающиеся результаты, которыми так богат творческий путь Александра Михайловича Прохорова, приз