50-річний лазер: передісторія, створення, наслідки

Висвітлено передумови виникнення нових напрямків фізики та її застосувань — квантової електроніки та фізики лазерів, зокрема безпосередньо історію створення мазерів і лазерів, а також значення їх для подальшого розвитку фізики. Раскрыты условия возникновения новых направлений физики и ее приложений...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Наука та наукознавство
Date:	2010
Main Author:	Храмов, Ю.О.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Центр досліджень науково-технічного потенціалу та історії науки ім. Г.М. Доброва НАН України 2010
Subjects:	Історія науки
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/30841
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	50-річний лазер: передісторія, створення, наслідки / Ю.О. Храмов // Наука та наукознавство. — 2010. — № 3. — С. 59-69. — Бібліогр.: 30 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860243680298795008
author	Храмов, Ю.О.
author_facet	Храмов, Ю.О.
citation_txt	50-річний лазер: передісторія, створення, наслідки / Ю.О. Храмов // Наука та наукознавство. — 2010. — № 3. — С. 59-69. — Бібліогр.: 30 назв. — укр.
collection	DSpace DC
container_title	Наука та наукознавство
description	Висвітлено передумови виникнення нових напрямків фізики та її застосувань — квантової електроніки та фізики лазерів, зокрема безпосередньо історію створення мазерів і лазерів, а також значення їх для подальшого розвитку фізики. Раскрыты условия возникновения новых направлений физики и ее приложений — квантовой электроники и физики лазеров, в частности непосредственно история создания мазеров и лазеров, а также их значение для дальнейшего развития физики.
first_indexed	2025-12-07T18:33:16Z
format	Article
fulltext	Наука та наукознавство, 2010, № 3 59 Історія науки Ю.О. Храмов 50-річний лазер: передісторія, створення, наслідки Висвітлено передумови виникнення нових напрямків фізики та її застосувань — квантової електроніки та фізики лазерів, зокрема безпосередньо історію створення мазерів і лазерів, а також значення їх для подальшого розвитку фізики. П’ятдесят років тому в арсеналі квантової електроніки, тоді ще мо- лодого фізико-технічного напрямку, з’явився новий квантовий прилад — лазер, якому судилося зумовити новий поступ науково-технічної революції, що розпочалася в середині 50-х років XX ст. і була викликана успіхами об- числювальної техніки, транзисторної електроніки, атомної енергетики, но- вими технологіями і новими матеріа- лами з високими характеристиками, а також саме квантовою електронікою. Ідейні витоки останньої сягають 20—30-х років ХХ ст. і пов’язані з до- слідженнями в галузі квантової фі- зики, оптики і радіоспектроскопії. Передісторія квантової електроніки почалася в 1916 р., коли А. Ейнштейн в статті «Випускання і поглинання випромінювання згідно з квантовою теорією» розглянув два типи перехо- дів — спонтанне й індуковане випро- мінювання — та запровадив для них поняття імовірностей (коефіцієнти Ейнштейна) [1, т. 3, c. 386—392]. У на- ступній статті того ж року «До кванто- вої теорії випромінювання» в другому параграфі «Гіпотези про обмін енергі- єю шляхом випромінювання» він роз- винув ці поняття і, як сам зазначив, дав підтвердження «...прийнятим у §2 гіпотезам щодо взаємодії між речови- ною і випромінюванням через проце- си поглинання і випромінювання, від- повідно через спонтанне та індуковане випромінювання. До цих гіпотез мене привело намагання постулювати таку найпростішу квантово-теоретичну по- ведінку молекул, яка замінила би ре- зонатор Планка в класичній теорії» [1, т. 3, с. 405]. У 1927 р. П. Дірак побудував кван- тову теорію випромінювання, в якій показав тотожність квантів вимушеного і первинного випромінювань (ідея ко- герентності індукованого випроміню- вання) [2, т. 2, с. 285]. Побічний доказ існування індукованого випроміню- вання дав у 1928 р. Р. Ладенбург, який сформулював умови його виявлення, вказавши, що для цього необхідне спе- ціальне вибіркове збудження [3]. © Ю.О. Храмов, 2010 А. Ейнштейн П. Дірак Ю.О. Храмов Science and Science of Science, 2010, № 360 Щодо витоків в експерименті, то необхідно згадати О. Штерна з його ме- тодом атомних (молекулярних) пучків, за допомогою якого він 1920 р. виміряв швидкості теплового руху молекул (до- слід Штерна), в 1921—1922 рр. з В. Гер- лахом виконав експеримент, який довів квантування магнітного моменту атома в магнітному полі — просторове кван- тування (дослід Штерна—Герлаха) [3]. У 1937—1939 рр. І. Рабі розробив метод магнітного резонансу в молекулярних та атомних пучках (метод Рабі) і ви- користав його для прецизійних вимі- рювань надтонкої структури спектрів, магнітних моментів протона і дейтро- на тощо (Нобелівська премія з фізики 1944 р.) [4]. Це започаткувало новий напрям — радіоспектроскопію, в якому вивчаються дискретні переходи в кван- тових системах під впливом радіохвиль, тобто спектри різних речовин у радіо- діапазоні (103—1012 Гц), зокрема явища резонансної взаємодії випромінювання з квантовими системами [5]. Бурхливий її розвиток розпочався із середини 40-х років завдяки відкрит- тю і дослідженню різного роду резо- нансів — електронного парамагнітно- го (Є.К. Завойський, 1944 р.) [6], ядер- ного магнітного (Е. Парселл, Г. Торрі, Р. Паунд, 1945 р.) [7], циклотронного резонансу в металах і напівпровідниках (Дж. Дрессельхаус, А. Кіп, Ч. Кіттель, 1954 р.) та ін. Радіоспектроскопічні ме- тоди почали широко використовувати з метою одержання інформації про структуру речовини, стан її складових та процеси, що з ними відбуваються. Саме з допомогою цих методів було експериментально виявлено індуко- ване випромінювання. Важливим для цього стало одержання інверсії насе- леностей квантових систем — такого їх стану, в якому для якихось двох її енергетичних рівнів справджується не- рівність: N 2 /g 2 >N 1 /g 1 , де N 2 i N 1 — відпо- відно населеності верхнього і нижньо- го рівнів системи, g 2 і g 1 — їх кратності виродження. Інверсія населеностей є необхідного умовою, щоб квантова система генерувала або підсилювала випромінювання. У 1951 р. Е. Парселл і Р. Паунд здій- снили інверсію населеностей кванто- вої системи і спостерігали індуковане випромінювання в радіодіапазоні [8]. Тоді ж вони запровадили поняття від’ємної температури квантової сис- теми, яка характеризує ступінь її збу- дження, тобто відхилення від стану термодинамічної рівноваги та широко використовується при описі процесів, що відбуваються в квантових прила- дах. Для їх створення значну роль віді- грали також дослідження А. Кастлером та його групою основних і збуджених станів атомів, квантових переходів у І. Рабі Р. ПаундЕ. Парселл А. Кастлер 50-РІЧНИЙ ЛАЗЕР: ПЕРЕДІСТОРІЯ, СТВОРЕННЯ, НАСЛІДКИ Наука та наукознавство, 2010, № 3 61 них, когерентних ефектів та з розви- тку оптичних методів вивчення низь- кочастотного резонансу (Нобелівська премія з фізики 1966 р.). «Дослідження збуджених і основ- них станів атомів проводилися в нашій групі широким фронтом і привели до великої кількості цікавих результа- тів,— писав А. Кастлер.— Ми зібрали багато даних про релаксаційні проце- си, могли зі значною точністю... вимі- рювати фактор Ланде, тонку і надтон- ку структуру ліній та обчислювати на основі цих даних точні значення ядер- них магнітних моментів. Ми виявили численні явища, пов’язані зі збурен- нями високого порядку: багатокван- тові переходи, ефекти когерентнос- ті, зміщення ядерного резонансу під впливом оптичного випромінювання, істотні зміни властивостей атома при наявності радіочастотного поля» [9, c. 8]. Важливою була також розробка А. Кастлером методу оптичної накач- ки [10], який він реалізував у 1950— 1951 рр. спільно з Ж. Бросселем. «В одній зі статей... 1950 р. я пока- зав, що оптичне збудження атомів світ- лом з коловою поляризацією дозволяє передати їм певний момент кількості руху, зосереджений в падаючому світ- лі, й таким чином збільшити кількість атомів, що містяться в основному ста- ні або на підрівнях з додатними або від’ємними m...,— писав він.— З до- помогою подібної «оптичної накачки» можна створити певну орієнтацію ато- мів і завдяки зв’язку між електронним магнітним моментом і ядерним спі- ном — орієнтацію ядер. Таким шляхом можна одержати розподіли, які значно відрізняються від розподілу Больцма- на, і створити умови, що дозволяють вивчати процес переходу в рівноваж- ний стан або внаслідок релаксаційних процесів, або під дією резонансного поля» [9, c. 7]. У 1951 р. В.О. Фабрикант з М.М. Ву- динським і Ф.О. Бутаєвою сформулював принцип підсилення електромагнітного випромінювання при проходженні се- редовищ з інверсною населеністю [11]. Ідеї практичного використання індуко- ваного випромінювання для підсилен- ня і генерації висунуто в 1951—1952 рр. Ч. Таунсом, О.М. Прохоровим, М.Г. Ба- совим і Дж. Вебером, у найближчі роки їх було реалізовано. У 1954 р. М.Г. Ба сов і О.М. Прохоров незалежно від Ч. Та- унса і його співробітників створили перший квантовий генератор на пучку молекул аміаку (мазер), чим започатку- вали квантову електроніку — галузь фі- зики, яка вивчає нові методи підсилен- ня і генерації електромагнітних хвиль квантовими системами, що використо- вують ефект вимушеного випроміню- вання [12, 13]. Слово «мазер» склада- ється з перших літер англійських слів, що означають підсилення мікрохвиль вимушеним випромінюванням. Пері- од, який передував цій знаменній даті й в якому закладалися передумови, що врешті-решт привели до виникнення квантової електроніки, котра спочатку називалася квантовою радіофізикою, схематично описав Ч. Таунс: «У період О.М. Прохоров, Ч. Таунс, М.Г. Басов Ю.О. Храмов Science and Science of Science, 2010, № 362 20—30-х років експериментатори мало уваги приділяли індукованому випро- мінюванню. Тоді в центрі уваги біль- шості фізиків була атомна і молекуляр- на спектроскопія. Пізніше, в 40-ві роки, експерименти з одержання індуковано- го випромінювання обговорювалися, принаймні неформально, і цікавили кількох радіоспектроскопістів, в тому числі і мене. Проте ці експерименти здавалися тільки важким завданням, яке навряд чи мало сенс розв’язувати. У чудовій статті Лемба та Різерфорда про тонку структуру водню, опубліко- ваній в 1950 р., є коротке зауваження про від’ємне поглинання у зв’язку з ін- версією населеностей. А роком пізніше Парселл і Паунд опублікували свої ди- вовижні докази інверсної населеності та індукованого випромінювання. Фак- тично інверсія населеностей та її вплив на випромінювання в дещо менш явній формі вже були показані в експеримен- тах Блоха та інших з резонансу. Але всі ці ефекти були настільки малі, що будь- яке підсилення придушувалося втрата- ми через інші, конкуруючі, процеси, і використання цих ефектів для підси- лення, мабуть, серйозно не розгляда- лося аж до робіт Басова і Прохорова, Вебера та Гордона, Цайгера і Таунса на початку 50-х років. Мій власний інтерес засновувався на усвідомленні того, що когерентні генератори з дуже коротки- ми довжинами хвиль можна створити, мабуть, використовуючи тільки моле- кулярний або атомний резонанс, а та- кож на несподіваному відкритті в 1951 р. конкретної схеми, яка, здавалося, дала реальну можливість для генерації коротких хвиль за рахунок молекуляр- ного підсилення» [14, с. 463—464]. Наприкінці зазначеного періоду, за словами О.М. Прохорова, «для осіб, які працювали в галузі радіоспектроскопії, вже були готові окремі елементи мазе- рів і необхідно було їх тільки синтезу- вати...» [15, с. 601]. Вирішальна умова для одержання генерації когерентного випромінювання, до якої прийшли ви- нахідники мазера, за словами Ч. Таун- са, «полягала в створенні з допомогою деякого резонансного контуру пози- тивного зворотного зв’язку і щоб ко- ефіцієнт підсилення хвилі за рахунок індукованих молекулярних переходів був більшим, ніж втрати в схемі» [14, с. 464]. І цілком логічно, що саме з ра- діоспектроскопії «постала» квантова електроніка і саме радіоспектроскопіс- ти заклали її основи. Отже, щоб ство- рити мазер, необхідно мати «пригото- ване» певним чином активне середо- вище, в якому більшість атомів можна перевести в збуджений стан, і резона- тор — пристрій, в якому відбувається накопичення енергії коливань. «Квантова електроніка дала пра- ва громадянства новому наднерів- новажному стану матерії» — стану з від’ємною температурою, який в своїй крайній точці... за своїми властивос- тями близький до стану абсолютної впорядкованості, властивого станам абсолютного нуля температури,— пи- сав М.Г. Басов.— Саме ця властивість високої впорядкованості системи з від’ємною температурою і дає можли- вість створювати високогерентне ви- промінювання квантових генераторів і одержувати високочутливі квантові підсилювачі, виділяти запасену в стані з від’ємною температурою енергію за дуже короткі проміжки часу, порівняні з періодом коливань. Квантова елек- троніка дала приклади систем, в яких одержується випромінювання з дуже малим значенням ентропії... Мабуть, закономірності, які було виявлено квантовою електронікою при дослі- 50-РІЧНИЙ ЛАЗЕР: ПЕРЕДІСТОРІЯ, СТВОРЕННЯ, НАСЛІДКИ Наука та наукознавство, 2010, № 3 63 дженні випромінювання, можна по- ширити і на інші форми руху. Можли- вості одержання високовпорядковано- го руху з допомогою систем зі зворот- ним зв’язком становитимуть інтерес для хімічних і біологічних досліджень, космології» [16, с. 586]. Квантова система, яка генерує електромагнітні хвилі сантиметрово- го і міліметрового діапазону, назива- ється мазером, а оптичного діапазону — лазером, або оптичним мазером. Перший мазер — молекулярний ге- нератор, де використовувався пучок молекул аміаку, створено, як вже за- значалося, в 1954 р. На наступному етапі було збільшено діапазон мазер- ного випромінювання, підвищено ха- рактеристики мазерів та розширено межі їх застосування в науці та тех- ніці. Тривали роботи і зі створення нових мазерів. У 1955 р. М.Г. Басов і О.М. Прохоров запропонували три- рівневий метод одержання інверсії населеностей у робочих сере довищах, який за пропозицією Н. Бломбергена було 1956 р. застосовано для створен- ня квантових підсилювачів радіодіа- пазону на парамагнітних кристалах. Перший такий парамагнітний мазер на основі ЕПР побудували 1957 р. Г. Сковіл, Дж. Феєр та Г. Зайдель [3]. Парамагнітні квантові підсилювачі різко підвищили чутливість надвисо- кочастотних приймальних пристро- їв і значно вплинули на їх розвиток. Невдовзі (1958) майже стандартними стали інші, більш зручні, кристали, зокрема рубін, іони хрому в Al 2 O 3 . Було створено дуже чутливі квантові підсилювачі, широко використовува- ні в радіоастрономії, системах супут- никового та космічного зв’язку тощо, які значно розширили можливості за- значених напрямів і привели до низки відкриттів (мазери стали невід’ємною частиною радіотелескопів). У 1957 р. запропоновано мазер, що використовує ЯМР (Р. Браунштейн, І. Іто), 1959 р.— мазер з нульовим полем (Дж. Богль, Г. Сіммонс), реалізований в цьому ж році Р. Терхьюном, який ви- користав для цього кристал сапфіра з іонами заліза. Одержано (1959) мазер- ний ефект і при надвисокочастотному збудженні. У 1960 р. Н. Рамзей зі спів- робітниками побудував мазер пучково- го типу на атомах водню, або водневий мазер, в якому використовується пере- хід між рівнями надтонкої структури в основному стані атома водню. Харак- терною особливістю цього мазера є дуже висока стабільність, що зумови- ло його використання в прецизійній спектроскопії та в атомних годинниках і стандартах частоти [17]. Але багато інженерів і вчених мрі- яли про прилад, який би генерував світло і за ефективністю та доскона- лістю міг би бути порівняний з генера- тором радіохвиль. Однак результати, одержувані з допомогою мазерів, та їх можливості були настільки вражаю- чими, що на якийсь час зосередили на собі всю увагу фізиків, і тому до 1957 р. вони навіть не намагалися одержати когерентну генерацію на більш ви- соких частотах, хоч після винайден- ня мазерів завдання в принципі стало зрозумілим. Про причини запізнення зі створенням лазера О.М. Прохоров писав: «Здавалося б, що після розроб- ки мазерів у радіодіапазоні незабаром будуть створені квантові генератори і в оптичному. Однак це не відбулося. Вони з’явилася тільки через 5—6 ро- ків. Чим це пояснюється? Тут були дві труднощі. Перша полягала в тому, що тоді не було запропоновано резонато- рів для оптичного діапазону хвиль, а Ю.О. Храмов Science and Science of Science, 2010, № 364 друга — не було висунуто конкретних систем і методів одержання інверсної населеності в цьому діапазоні» [15, c. 601—602]. У 1957—1958 рр. Ч. Таунс і А. Шав- лов вирішили з’ясувати, чи можливо створити квантовий генератор ко- ротких хвиль і, виходячи з принципів роботи мазерів, розробили перші те- оретичні схеми, що показували мож- ливість створення оптичного мазера (термін, запроваджений Ч. Таунсом), тобто пристрою для одержання потуж- ного монохроматичного і когерентно- го пучка світла (кагерентність означає, що хвилі пучка перебувають у фазі). Інакше кажучи, необхідно було зна- йти такий спосіб синхронізації значної кількості атомів у квантовій системі, щоб вони змогли «працювати» разом, створюючи потужну когерентну хви- лю оптичного діапазону. Спосіб, який спонукає атоми активного середовища до колективного когерентного оптич- ного випромінювання, і розробили на основі принципу мазера в 1958 р. Ч. Таунс і А. Шавлов, запропонував- ши при цьому резонатор спеціального типу [18] (останнє зробив також того ж року О.М. Прохоров [19]). Пере- хід до здійснення квантової генерації електромагнітного випромінювання в оптичному діапазоні описав Ч. Таунс: «...Перші кроки, пов’язані з мікрохви- льовими генераторами, малошумлячи- ми підсилювачами та їх використанням у різних наукових експериментах, ви- явилися настільки цікавими, що відво- лікли увагу від можливостей одержання високих частот. Однак спільна робота з А. Шавловим [18], розпочата приблиз- но в той час, допомогла нам відкрити шлях до більш швидкого і захоплюю- чого поширення мазерів-генераторів у далекий інфрачервоний, оптичний та ультрафіолетовий діапазони з часто- тами, в 1000 разів вищими за частоти будь-яких інших джерел когерентного випромінювання. Саме мазери для цих ділянок спектра, які часто називають лазерами.., імовірно, привели до най- більш вражаючих нових наукових ме- тодів і результатів. Важливим аспектом цієї роботи було доведення того, що є реальні системи, в яких можна одер- жати умову самозбудження, і певна конкретна конструкція резонатора до- зволяє обмежити коливання в деяких точно визначених і бажаних для нас модах. Резонатор, який було дослі- джено, складався з двох паралельних дзеркал — добре відомий резонатор Фабрі—Перо, проте зі спеціально піді- браними розмірами» [14, c. 471]. Щодо активного середовища для лазерів, то тут єдина вимога полягала в тому, щоб існував верхній енерге- тичний стан робочого переходу, в який можна накачати атоми, та нижній, в який вони переходять в результаті спонтанного випромінювання фото- нів. І пошуки матеріалів, які б прави- ли за активне середовище для лазерів, фактично є пошуком елементів, що мають атомні стани з певним набором енергетичних рівнів. Лазерними мате- ріалами, які необхідно накачувати для одержання лазерного ефекту, можуть бути кристали, скло, гази, рідини, плазма тощо. У 60-х роках розширив- ся не тільки перелік відкритих нових лазерних матеріалів, але і способів їх генерації. Слово «лазер» походить від перших літер англійських слів, що означають підсилення світла індуко- ваним випромінюванням. Лазери — джерела когерентного світла, до того ж високого ступеня монохроматичності, направленості та інтенсивності (пікові потужності можуть бути дуже значні). 50-РІЧНИЙ ЛАЗЕР: ПЕРЕДІСТОРІЯ, СТВОРЕННЯ, НАСЛІДКИ Наука та наукознавство, 2010, № 3 65 Перший лазер на кристалі рубіна створено 1960 р. Т. Мейманом [20]. За активну речовину в ньому правив кристал рубіна (окис алюмінію Аl 2 О 3 з домішками 0,05% тривалентного хрому Сr), що мав форму стержня завдовжки 4 см і діаметром 0,5 см зі ста ранно відполірованими паралель- ними торцями, вкритими дзеркаль- ними шарами. З одного боку дзер- кальний шар частково міг пропускати випромінювання назовні, тобто був напівпрозорим. Як інтенсивне джере- ло збудженого світ ла використовували потужну імпульсну ксенонову лам- пу, яка обвивала спіраллю рубіновий стержень. Світло від лампи «переводи- ло» атоми хрому у збуджений стан (на верхні рівні). Фотони, випромінювані при переходах (за трирівневою схе- мою), багатократно відбивалися від дзеркальних торців, зумовлюючи все нові й нові акти випромінювання, по- роджуючи нові й нові фотони. Внаслі- док цього наростала фотонна лавина, яка зрештою пробивалася крізь напів- прозорий торець у вигляді імпульсу — вузького монохроматичного пучка світла. На кінці стержня спалахував червоний промінь. У такому промені зосереджується величезна потужність. Лазер Меймана започаткував цілу сім’ю лазерів, що використовують крис тали та скло з домішками і діють в хвильовому інтервалі від ближньої інфрачервоної ділянки до оптичної. У подальшому завдяки розробці від- повідної апаратури було одержано дуже високі пікові потужності та ко- роткі імпульси. У 1960 р. побудовано газовий (геліє- во-неоновий) лазер на основі ідеї, вису- нутої 1959 р. А. Джаваном [21], в якому для збудження використовується елек- тричний розряд (А. Джаван, У. Бен- нетт (молодший), Д. Ерріотт) [22]. Він також започаткував сім’ю лазерів, що працюють на багатьох різних газах і дають випромінювання від 0,1 мм до ультрафіолета. Серед перших лазерів саме газові були більш монохрома- тичними порівняно з твердотільними, проте ефективність обох цих типів була дуже низькою — енергія на виході ста- новила ˜ 1% від споживчої. Однак вже в 1962 р. останнє обмеження вдалося подолати завдяки створенню нового класу лазерів — напівпровідникових, що використовували особливості пере- ходів у цих матеріалах, зокрема можли- вість здійснення генерації в широкому діапазоні за допомогою різноманітних методів її реалізації зі значним коефі- цієнтом підсилення (к.к.д.). У 1959 р. ідею напівпровідникового лазера вису- нули М.Г. Басов, Б.М. Вул і Ю.М. По- пов [23], а в наступному році М.Г. Басов, О.М. Крохін і Ю.М. Попов розробили А. Шавлов Т. Мейман Схема рубінового лазера Ю.О. Храмов Science and Science of Science, 2010, № 366 принципи використання напівпровід- ників у лазерах та методи їх створення [24]. Перший напівпровідниковий ла- зер на основі р—п-переходів з викорис- танням арсеніду галію GaAs було по- будовано групою Р. Холла в США [25]. У тому ж році його також створили там в інших лабораторіях [26]. Важливим кроком у розвитку лазерів стала роз- робка Ж.І. Алфьоровим і Г. Кремером концепції лазера на подвійній гетеро- структурі (ПГС) [27, 28]. «У нашому патенті ми також зазна- чили можливість досягнення високої густини інжектованих носіїв та інверс- ної заселеності з допомогою подвійної інжекції,— писав Ж.І. Алфьоров.— Ми особливо звернули увагу на те, що ла- зери на гомопереходах не забезпечують безперервний режим генерації при ви- соких температурах і як додаткову пе- ревагу ПГС-лазерів розглянули мож- ливість збільшення випромінювальної поверхні й використання нових матері- алів для одержання випромінювання в різних ділянках спектра» [29, c. 1073]. У 1966 р. Ж.І. Алфьоров передба- чив ефект суперінжекції, відкрив його в 1968 р. експериментально, а також підтвердив унікальні інжекційні влас- тивості широкозонних емітерів, проде- монструвавши індуковане випроміню- вання в ПГС AlGaA 3 , та створив значну частину приладів, в яких реалізовано основні переваги гетероструктур, зо- крема низькопорогові ПГС-лазери, що працюють при кімнатній температурі. За розробку напівпровідникових гете- роструктур, які дістали широке вико- ристання у високочастотній електроні- ці та оптоелектроніці, Ж.І. Алфьорову та Г. Кремеру присуджено Нобелівську премію з фізики 2000 р. У 1964 р. побудовано молекулярний лазер (К. Пател) і лазер на швидких електронах (М.Г. Басов), 1965 р.— хі- мічний лазер (Дж. Піментел, Дж. Кас- перс), 1966 р.— лазер на органічних барвниках (П. Сорокін, Дж. Ланкард) та ін. Отже, розроблено цілі класи різ- них лазерів з певними характеристи- ками і призначеннями, в широкому спектральному діапазоні [30]. А. Шав- лов невдовзі після побудови першо- го лазера в 1961 р. зазначав: «Перелік можливих застосувань оптичних мазе- рів може бути розширено майже необ- межено. З появою оптичного мазера керування світлом досягло зовсім но- вого рівня. Однак одна з найпривабли- віших перспектив для працюючих у цій галузі полягає в тому, що новий ступінь управління відкриє такі можливості використання світла, які до цього на- віть не уявлялися у сні» [30, c. 16]. У наступні роки зусилля дослідни- ків було спрямовано на удосконалення «старих» і створення квантових прила- дів нових типів, що працюють у нових діапазонах частот, на підвищення їх потужності, к.к.д., розширення галузі їх використання. Майже відразу після створення лазерів їх почали викорис- товувати в науці, техніці та медицині. Так, Д. Нельсон і Р. Коллінс провели експеримент з одержання інтерферен- ції на двох щілинах за допомогою світ- ла від рубінового лазера. Дослід пока- зав, що світлові хвилі, вийшовши через Ж. Алфьоров Г. Кремер 50-РІЧНИЙ ЛАЗЕР: ПЕРЕДІСТОРІЯ, СТВОРЕННЯ, НАСЛІДКИ Наука та наукознавство, 2010, № 3 67 щілини, справді когерентні й, падаючи на екран, підсилюють або гасять одна одну, оскільки проходять різні шляхи, та утворюють на екрані відповідну ін- терференційну картину. Використову- ючи лазери, А. Джаван зі співробітни- ками повторив дослід Майкельсона— Морлі з більш високою точністю. Лазери почали широко викорис- товувати як у суміжних фізичних на- прямах, так і у власне лазерній фізиці, зокрема для вивчення атомних спек- трів. При цьому було відкрито чима- ло цікавих явищ. У 1962 р. Е. Вудбері та У. Hr виявили ефект вимушеного комбінаційного розсіяння світла, на основі якого та з використанням на- качки лазерним випромінюванням було побудовано комбінаційний лазер, або Раман-лазер (Р. Терхьюн, 1963 р.). У 1963 р. У. Лемб (молодший), про- аналізувавши докладно роботу газо- вого лазера, передбачив на оптичних частотах у центрі атомної лінії провал у вихідній потужності (провал Лем- ба). Того ж року його зареєстрували У. Беннетт, Р. Макфарлейн і У. Лемб. Метод спостереження «провалу Лем- ба» дістав широке використання в екс- перименті, зокрема в спектроскопіч- них дослідженнях. Вже в тому ж 1963 р. А. Джаван і А. Сьоке показали, що вузький резонансний провал, вільний від допплерівського розширення, при не надто низьких тисках газу чутливий до зіштовхувального розширення. Тоді ж П. Лі і М. Скольник (1963) передба- чили «зворотний провал Лемба», коли в центрі лінії поглинання спостеріга- ється пік у вихідній потужності лазе- ра. Вузькі, вільні від допплерівського розширення оптичні резонанси, що проявляються в провалах Лемба, було використано для стабілізації часто- ти лазерного випромінювання. Отже, провали, пов’язані з насиченням, ви- користовуються для усунення доппле- рівського розширення та стабілізації частоти лазерів [30]. Протягом 60-х років розширював- ся перелік робочих середовищ, вико- ристовуваних у лазерах, а також мето- дів їх збудження. А створення лазерів на органічних барвниках дало змогу одержувати генерацію зі смугою випро- мінювання до 100 і більше. У 1964 р. було побудовано волоконні лазери. Невдовзі фізики дійшли висновку, що найкращим високоефективним джере- лом для накачки широкосмугових ла- зерів може бути інший лазер. У 1968 р. Т. Хьонш і П. Тошек для вивчення впливу насичення всередині лазера на розподіл молекул використали про- мінь іншого лазера, який працював на суміжному переході. Отже, фізика і техніка лазерів зайняли гідне місце в структурі сучасної науки і техніки. В.Л. Броуде М. Шпак М. CоскінМ. Бродін Ю.О. Храмов Science and Science of Science, 2010, № 368 Дослідження з цих напрямків від- разу було започатковано і в Україні. Їх розвитку активно сприяла А.Ф. При- хотько в Інституті фізики АН України. Так, у 1962 р. А.Ф. Прихотько, В.Л. Бро- уде, В.С. Машкевич, М.С. Соскін те- оретично обґрунтували можливість одержання генерації на електронно- коливальних переходах органічних молекул у всьому оптичному діапазоні. Було одержано (1966—1967) генерацію від великої групи нових ефективних сполук класу поліметилових барвників і показано їх перспективність для одер- жання генерації в усій ближній інфра- червоній області спектра (М.Т. Шпак, Є.А. Тихонов). У 1965 р. М.С. Броді- ним зі співробітниками вперше ство- рено лазери на ряді змішаних напів- провідників, що дозволило забезпечи- ти частотну перебудову генерації у всій видимій і ближній ультрафіолетовій областях спектра. Показано, що основ- ним каналом їх генерації є екситонні переходи. У 1965—1966 рр. М.С. Со- скін створив перестроювальні лазери на кристалі рубіна і неодимовому склі. У подальшому лазерні роботи дістали в інституті бурхливий самостійний роз- виток. 1. Эйнштейн А. Собрание научных трудов.— М.: Наука, 1965—1967.— 4 т. 2. Дирак П. Собрание научных трудов.— М.: Физматлит, 2002—2004.— 4 т. 3. Дунская И.М. Возникновение квантовой электроники.— М.: Наука, 1974. 4. Rabi I., Zacharias J., Millman S., Kusch P. // Phys. Rev. — 1938. — 53. — P. 318; 1939. — 55. — P. 524. 5. Таунс Ч., Шавлов А. Радиоспектроскопия.— М.: Изд-во иностр. л-ры, 1959. 6. Завoйский Е.К. // Phys. USSR. — 1945. — 9, N3. — P. 245. 7. Purcell E., Torreу H., Pound R. // Phys. Rev. — 1946. — 69. — P. 37. 8. Purcell E., Pound R. // Phys. Rev. — 1951. — 81. — P. 279. 9. Кастлер А. Оптические методы изучения низкочастотных резонансов (Нобелівська лекція з фізики 1966 р.) // УФН. — 93, вып. 1. — С. 5—18. 10. Kastler A. // J. de Phys. — 1950. — 11, 255. 11. Бутаева Ф.А., Фабрикант В.А. О среде с отрицательным коэффициентом погло- щения // Исследования по экспериментальной и теоретической физике.— М.: Изд-во АН СССР, 1959. — С. 62. 12. Басов Н.Г., Прохоров А.М. // ЖЭТФ. — 1954. — 27. — С. 431. 13. Gordon J.B., Zeiger H.J., Townes Ch.H. // Phys. Rev. — 1954, — 95. — P. 282. 14. Таунс Ч. Получение когерентного излучения с помощью атомов и молекул (Нобелівська лекція з фізики 1964 р.) // УФН. — 1966. — 88, вып. 3. — С. 461—483. 15. Прохоров А.М. Квантовая электроника (Нобелівська лекція з фізики 1964 р.) // УФН. — 1965. — 85, вып. 4. — С. 599—604. 16. Басов Н.Г. Полупроводниковые квантовые генераторы (Нобелівська лекція з фізики 1964 р.) // УФН. — 1965. — 85, вып. 4. — С. 585—598. 17. Басов Н.Г. О квантовой электронике.— М.: Наука, 1987. 18. Sсhawlow A., Townes Ch. // Phys. Rev. — 1958. — 112. — P. 1940. 19. Прохоров А.М. // ЖЭТФ. — 1959. — 34. — С. 1658. 20. Maiman T. // Nature. — 1960. — 187. — P. 493. 21. Javan A. // Phys. Rev. Lett. — 1959. — 3. — P. 87. 22. Javan A., Bennett W.R. (Jr), Herriott D. // Phys. Rev. Lett. — 1961. — 6. — P. 106. 23. Басов Н.Г., Вул Б.М., Попив Ю.М. // ЖЭТФ. — 1959. — 37. — C. 585. 24. Басов Н.Г., Крохин О.Н., Попов Ю.М. // УФН. — 1960. — 72. — C. 161. 25. Hall R.N. et. al. // Phys. Rev. Lett. — 1962. — 9. — P. 366. 26. Nathan N., Dumke W. et. al. // Appl. Phys. Rev. Lett. — 1962. — 1. — P. 62. Наука та наукознавство, 2010, № 3 69 27. Алферов Ж.И., Казаринов Р.Ф. Полупроводниковый лазер с электрической накач- кой.— Автор. свид. №181737 (заявлено 30.03.1963). 28. Kroemer H. // Proc. IEEE. — 1963. — 51. — P. 1782. 29. Алферов Ж.И. Двойные гетероструктуры: концепция и применения в физике, электронике и технологии (Нобелівська лекція з фізики 2000 р.) // УФН. — 2002. — 172. — C. 1068—1086. 30. Лазеры.— М.: Наука, 1977. Одержано 31.08.2010 Ю.А. Храмов 50-летний лазер: предыстория, создание, последствия Раскрыты условия возникновения новых направлений физики и ее приложений — квантовой элек- троники и физики лазеров, в частности непосредственно история создания мазеров и лазеров, а также их значение для дальнейшего развития физики. Висвітленню питань формуван- ня та впровадження євгенічних ідей у різних країнах присвячено багато оглядових, історико-наукових публі- кацій зарубіжних та російських авто- рів [1—6]. Безумовно, цю тематику не можна вважати зовсім не розробленою і в Україні, де виходили друком праці з історії медичної генетики [7—9], збір- ки і статті, присвячені окремим персо- наліям, що здійснили внесок у розви- ток даної галузі [10-13] тощо. Однак, на нашу думку, цілісного дослідження впливу євгеніки на розвиток генетики, медицини, біоетики в Україні не здій- снювалось. Євгеніка, що об’єднувала уявлення наукового, соціального, по- літичного, філософського гатунків, передувала розвитку медичної генети- ки як окремого наукового напрямку. Особливо бурхливо вона розвивалась в 20-ті роки ХХ ст., однак мала над- звичайний вплив на подальший розви- ток науки, а деякі її аспекти у вигляді медичної генетики, біоетики, санітарії та гігієни, профілактичної медицини, планування сім’ї розвиваються і нині. Термін «євгеніка», попри те, що саме це явище вже давно належить минуло- му, донині дуже поширений і вживаний та уособлює одну з найбільш фарсових і трагічних сторінок розвитку людства. О.В.Романець Євгеніка в 20-х роках ХХ ст. в Україні Висвітлено розвиток євгенічних поглядів в працях вітчизняних вчених та науковців-медиків в 20-х роках ХХ ст. Показано вплив цих ідей на формування в Україні закладів медико-генетичного спрямування, розвиток профілактичної медицини, становлення санітарно-гігієнічної служби. © О.В. Романець, 2010
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-30841
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0374-3896
language	Ukrainian
last_indexed	2025-12-07T18:33:16Z
publishDate	2010
publisher	Центр досліджень науково-технічного потенціалу та історії науки ім. Г.М. Доброва НАН України
record_format	dspace
spelling	Храмов, Ю.О. 2012-02-15T19:20:17Z 2012-02-15T19:20:17Z 2010 50-річний лазер: передісторія, створення, наслідки / Ю.О. Храмов // Наука та наукознавство. — 2010. — № 3. — С. 59-69. — Бібліогр.: 30 назв. — укр. 0374-3896 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/30841 Висвітлено передумови виникнення нових напрямків фізики та її застосувань — квантової електроніки та фізики лазерів, зокрема безпосередньо історію створення мазерів і лазерів, а також значення їх для подальшого розвитку фізики. Раскрыты условия возникновения новых направлений физики и ее приложений — квантовой электроники и физики лазеров, в частности непосредственно история создания мазеров и лазеров, а также их значение для дальнейшего развития физики. uk Центр досліджень науково-технічного потенціалу та історії науки ім. Г.М. Доброва НАН України Наука та наукознавство Історія науки 50-річний лазер: передісторія, створення, наслідки 50-летний лазер: предыстория, создание, последствия 50 Years Old Laser: History, Creation, Effects Article published earlier
spellingShingle	50-річний лазер: передісторія, створення, наслідки Храмов, Ю.О. Історія науки
title	50-річний лазер: передісторія, створення, наслідки
title_alt	50-летний лазер: предыстория, создание, последствия 50 Years Old Laser: History, Creation, Effects
title_full	50-річний лазер: передісторія, створення, наслідки
title_fullStr	50-річний лазер: передісторія, створення, наслідки
title_full_unstemmed	50-річний лазер: передісторія, створення, наслідки
title_short	50-річний лазер: передісторія, створення, наслідки
title_sort	50-річний лазер: передісторія, створення, наслідки
topic	Історія науки
topic_facet	Історія науки
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/30841
work_keys_str_mv	AT hramovûo 50ríčniilazerperedístoríâstvorennânaslídki AT hramovûo 50letniilazerpredystoriâsozdanieposledstviâ AT hramovûo 50yearsoldlaserhistorycreationeffects

50-річний лазер: передісторія, створення, наслідки

Institution

Similar Items