ИСТОРИЯ ЛАЗЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

АННОТАЦИЯ

В работе дано краткое описание развития нового направления в физике – квантовой электроники, связанного с открытием Американского исследователя Ч. Тауне и Советских учёных Прохорова А.М. и Басова Н.Г. О появлении первого в мире лазера на рубине (разработка Т. Меймана). Определена роль А. Эйнштейна в появлении лазерной технологии. Описана работа Вавилова С.И. по разработке лазеров для термоядерного лазерного синтеза и лазерного оружия. Показано участие В.А. Фабриканта, Г. Гулда и К. Пателя в развитии лазерных технологий.

Ключевые слова: лазер, лазер на рубине, лазерное оружие, СО2-лазер.

Крохин Олег Николаевич., академик ФИАН им. П.Н. Лебедева РАН, Москва назвал физические принципы квантовой электроники, открытые в 1954 году, одним из самых выдающихся достижений в науке 20 века, которое дало толчок для развития современной цивилизации, упомянув, что итогом данного открытия стало изобретение источника когерентного оптического излучения – лазера.

Развитие лазерной науки в мировом масштабе началось после запуска 16.05.1960 года Американским учёным-инженером Теодором Майманом в исследовательском центре Хьюз (Hughes Research Laboratories) в Малибу, штат Калифорния, первого работающего опытного образца лазера.

В 1916 году Альберт Эйнштейн выдвинул гипотезу о вынужденном излучении и написал статью «К квантовой теории излучения». Суть гипотезы заключается в том, что при переходе электрона с одной орбиты на другую появляется новый фотон под воздействием индуцирующего фотона. При этом энергия индуцирующего фотона равняется разности энергий состояния перехода на более высокий или низкий энергетический уровень. Были также определены свойства вынужденного испускания:

• Электромагнитная волна при вынужденном излучении распространяется в направлении первой индуцирующей волны.
• Поляризация и частоты первоначального и вынужденного испускания тоже равны
• Вынужденный поток когерентен возбуждающему.

Уже в 1939 году, Валентин Фабрикант, создал теоретический базис применения стимулированного излучения, дающий повышение мощности излучения. Исследователь стал первым, кто заметил возможность отрицательной абсорбции (среда, усиливающая излучение). Важно отметить, что ещё в 1951 году совместно с Михаилом Вудынским и Фатимой Бутаевой Валентин Фабрикант оставлял заявление на открытие «Нового способа усиления электромагнитного излучения ультрафиолетового (УФ), видимого, инфракрасного (ИК) и радиодиапазона». К сожалению, заявка была отклонена. Подтверждение авторства исследователи получили лишь в 1959 году. Своевременно данное изобретение не было оценено из-за сильного опережения развития науки того времени и из-за отсутствия его практического подтверждения – эксперимента.

Николай Басов, Александр Прохоров и Чарльз Таунс в 1950 году разработали квантовую теорию стимулированного излучения, а также представили стимулированное излучение микроволн. Этот генератор излучения микроволн был назван «мазер».

Уже в 1959 году впервые было использовано слово лазер в контексте прибора для усиления света. Гордон Гулд, который являлся выпускником университета Колумбии, сделал описание оптического резонатора, который сможет создавать узкий спектр когерентного света.

Теодор Мейман, американский физик, работая в Хьюзской лаборатории в Малибу изобрёл первую в мире модель лазера. В этом лазере был использован синтетический розовый рубин как активная среда. Излучаемый луч этого рубина имел длину волны почти 700 нм.

Широкое распространение новости об изобретении произошло не сразу, так как Мейман не смог опубликоваться в известных научных журналах того времени. Узнавать о разработке исследователя начали только после проведения в Нью Йорке пресс-конференции, организованной компанией Хьюз.

Что касается деятельности в СССР по развитию лазерных технологий, в 1970-х годах был создан целый отдел Государственного Оптического Института имени Вавилова С.И., и в дальнейшем на основе лазерного отдела был создан Национальный Исследовательский Институт лазерной физики. Сейчас ГОИ является одним из ведущих центров нашей страны по лазерным технологиям. Достаточное количество исследований ГОИ стали основой для изобретения приборов мирового уровня.

Стоит отметить, что углекислотный CO₂ лазер, разработанный в 1963 году К. Пателем, снизил стоимость произведения лазера и повысил его эффективность. Такой тип лазера применялся вплоть до 2010 года.

В нашем веке учёные концентрируются на распространении и широком применении лазера в различных сферах: фотоника (регуляция света в очень малых масштабах), медицина, солнечная энергетика (как преобразовать солнечный свет в лазерный луч), лазерный термояд (синтез легких ядер для получения энергии), лазерная химия, применение лазера в космосе.

Раскроем тему проекта ГОИ им. Вавилова по спутниковым и волоконно-оптическим связям квантовых коммуникаций. Это разработка по созданию межконтинентального спутникового канала связи с применением самой новой волоконной оптики.

Работа по конструированию пробных компонентов оснащения и механизма гибридных каналов квантовых коммуникаций проводится международным собранием учёных из КНР, РФ, Индии и ЮАР. Разработка проводится на грант от БРИКС (БРИКС– межгосударственное объединение, союз пяти государств).

Проведение исследовательской работы рассчитано на срок три года.

Руководитель приоритетного на данный момент направления технологий – оптоэлектроника и фотоника – Сергей Борисович Попов подметил, что для проекта ведётся специальная разработка новых волоконно-оптических элементов для того, чтобы осуществлять формирование и трансляцию оптических вихрей в квантовых коммуникациях. Учёный считает, что от успеха проведения этой работы зависит всё будущее развитие техники и науки, в частности оптико-электронной отрасли».

Проанализировав историю возникновения лазерной технологии, её развития, можно отметить, что наука не стоит на месте, она очень динамична и  находится в постоянном развитии и совершенствовании знаний. В современном мире лазеры применяются начиная с промышленности заканчивая медициной, сварки, резки, маркировки, коррекция зрения, лечение остеохондроза, а также высокая производительность и высокая окупаемость лазеров даёт широкий спектр применения лазеров и расширяется с каждым годом. А лазерная физика и техника неисчерпаемы в своём исследовании, хотя, безусловно, сложны в познании. Ad agusta per angusta!

Список литературы:

1. Басов Н.Г., Прохоров А.М. Применение молекулярных пучков для радиоспектроскопического изучения вращательных спектров молекул// ЖЭТФ. 1968. Т. 27. С. 431–438.
2. Хазов Л.Д. Квантово-механические когерентные усилители и генераторы лучистой энергии («лазеры»)// Оптико-механическая промышленность. 1961. № 1. С. 48–55.
3. Мак А.А., Мак Ан.А. Лазеры в ГОИ им. С.И. Вавилова: от первого рубинового до новейших разработок // Сборник статей «Как это было…» часть 2. Воспоминания создателей отечественной лазерной техники. М.: ЛАС, 2010. С. 49–64.
4. Мейман Т. Лазерная одиссея. М.: Печатные традиции, 2010. 223 с.
5. Раутиан С.Г., Собельман И.И. Фотодиссоциация молекул как способ получения среды с отрицательным коэффициентом поглощения // ЖЭТФ. 1961. Т. 41. С. 2018.
6. Виттеман В.Д. CO2-лазер. М.: Мир, 1990. 360 с.