Лазер и мазер — советская квантовая революция

Кон­текст и автор

В начале 1950-х две неза­ви­си­мые группы — со­вет­ская (Басов–Про­хо­ров в ФИАН) и аме­ри­кан­ская (Чарльз Таунс в Ко­лум­бий­ском уни­вер­си­те­те) — пришли к одной идее: ис­поль­зо­вать ин­ду­ци­ро­ван­ное из­лу­че­ние атомов для уси­ле­ния элек­тро­маг­нит­ных волн. Со­вет­ские учёные опуб­ли­ко­ва­ли первую работу в 1952-м, прибор — в 1954-м. Таунс по­стро­ил мазер в том же 1954-м неза­ви­си­мо.

Через 6 лет Теодор Майман в Ка­ли­фор­нии по­стро­ил первый оп­ти­че­ский мазер — то, что позже на­зва­ли ла­зе­ром (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Прин­цип остал­ся тем же, но Басов и Про­хо­ров за­ло­жи­ли тео­ре­ти­че­скую базу. В 1964 году Но­бе­лев­ский ко­ми­тет при­знал это, раз­де­лив премию по­ров­ну между со­вет­ски­ми и аме­ри­кан­ским фи­зи­ка­ми.

Басов и Про­хо­ров: Ни­ко­лай Басов (1922–2001), ФИАН; Алек­сандр Про­хо­ров (1916–2002), ФИАН, ди­рек­тор ИОФАН; оба — вы­пуск­ни­ки фи­зи­че­ско­го фа­куль­те­та МГУ; 1955 — первый сов­мест­ный доклад; 1964 — Но­бе­лев­ская премия по физике; оба — дважды Герои Со­ци­а­ли­сти­че­ско­го Труда.

Как это ра­бо­та­ет

Лазер ис­поль­зу­ет эффект ин­ду­ци­ро­ван­но­го из­лу­че­ния, тео­ре­ти­че­ски опи­сан­ный ещё Эйн­штей­ном в 1917 году: атом, воз­буж­дён­ный светом опре­де­лён­ной ча­сто­ты, ис­пус­ка­ет второй фотон в той же фазе. Если по­ме­стить много воз­буж­дён­ных атомов между двумя зер­ка­ла­ми — фотоны от­ра­жа­ют­ся туда-сюда, за­став­ляя из­лу­чать всё больше атомов в фазе. По­лу­ча­ет­ся ко­ге­рент­ный, мо­но­хро­ма­ти­че­ский пучок света.

Басов и Про­хо­ров впер­вые ре­а­ли­зо­ва­ли это для мик­ро­волн (мазер). Их первый прибор ис­поль­зо­вал мо­ле­ку­лы ам­ми­а­ка и ра­бо­тал на ча­сто­те 24 ГГц. Это было неве­ро­ят­но точное устрой­ство — основа атом­ных часов и сверх­чув­стви­тель­ной ра­дио­астро­но­мии.

Где се­го­дня ра­бо­та­ет лазер

• Ме­ди­ци­на. Ла­зер­ная хи­рур­гия глаза (LASIK), уда­ле­ние опу­хо­лей, сто­ма­то­ло­гия, дер­ма­то­ло­гия. Точ­ность, недо­сти­жи­мая скаль­пе­лем.
• Опто­во­лок­но. Со­вре­мен­ный ин­тер­нет — это свет лазера, бе­гу­щий по тонким стек­лян­ным нитям через океаны.
• Про­мыш­лен­ность. Ла­зер­ная резка ме­тал­ла, 3D-печать, ска­не­ры штрих-кодов, счи­ты­ва­те­ли Blu-ray, го­ло­грам­мы на ку­пю­рах.
• Космос и обо­ро­на. Ла­зер­ные даль­но­ме­ры, си­сте­мы на­ве­де­ния, ла­зер­ная связь между спут­ни­ка­ми.

Связь с Чехией

Чеш­ская на­уч­ная школа — одна из силь­ней­ших в Европе по ла­зер­ной физике. Ин­сти­тут физики Чеш­ской ака­де­мии наук в Праге участ­ву­ет в меж­ду­на­род­ных про­ек­тах ELI Beamlines — круп­ней­шей в мире ла­зер­ной уста­нов­ке экс­тре­маль­ной мощ­но­сти, от­кры­той в чеш­ском Долни-Бр­же­жа­ни в 2018 году.

В 1970–80-е годы че­хо­сло­вац­кие физики ак­тив­но со­труд­ни­ча­ли с ФИАН в ис­сле­до­ва­ни­ях по­лу­про­вод­ни­ко­вых ла­зе­ров. Tesla Praga по со­вет­ским ли­цен­зи­ям вы­пус­ка­ла первые че­хо­сло­вац­кие ла­зер­ные даль­но­ме­ры для гео­де­зии.

Чи­тай­те также