КАК ФОТОННОЕ ЭХО...
Стало уже традицией писать о трудных временах и об удивительной
жизнеспособности российской науки. Истоки этой жизнестойкости --
в профессионализме, энтузиазме и верности своему делу людей
науки, истинных продолжателей демократических традиций русской
интеллигенции. И еще для плодотворной работы очень важно то, что
обычно называют атмосферой научного коллектива. В лаборатории
лазерной спектроскопии Института физики полупроводников СО РАН
царит атмосфера творчества, искренней доброжелательности и
настоящего демократизма. В этом велика заслуга руководителя
лаборатории доктора физико-математических наук ЛЕОНИДА СЕМЕНОВИЧА
ВАСИЛЕНКО.
И.БЕТЕРОВ,
заведующий отделом квантовой электроники, доктор
физико-математических наук;
Н.РУБЦОВА,
ведущий научный сотрудник, доктор
физико-математических наук ИФП СО РАН.
Область научных интересов Л.Василенко широка -- исследование
режимов генерации газовых лазеров, спектроскопия высокого
разрешения, регистрация микропримесей в газе. "Горячая точка"
сегодняшней работы Л.Василенко -- фундаментальные исследования
когерентных нестационарных процессов в атомных и молекулярных
газах. Эти процессы, представляющие собой разновидности фотонного
эха, оказались чрезвычайно перспективными с точки зрения
спектроскопии высокого разрешения, хранения и обработки
оптической информации, а также получения спектральных реперов
высокой контрастности и крутизны.
В эти майские дни мы отмечаем 60-летний юбилей руководителя
лаборатории лазерной спектроскопии. За плечами у него более
двадцати лет руководства лабораторией, семь лет руководства
Отделом квантовой электроники. Развиваются идеи, заложенные в
работах Л.Василенко, растут ученики, защищаются диссертации,
растет и список собственных научных публикаций автора (их у
Л.Василенко более 140). А началось все 35 лет назад, когда
выпускник НЭТИ Леонид Василенко пришел в Институт радиофизики и
электроники (вошедший впоследствии в нынешний ИФП СО РАН). Это
было время становления нового научного направления -- квантовой
электроники, время, когда простые, с точки зрения современного
эксперимента, работы позволяли делать революционные открытия в
науке и лазерной технике, и это время призывало своих героев.
Уже в 1965 году (напомним, что "лазерная эра" началась в 1961
году) Л.Василенко в соавторстве с будущим академиком Академии
наук СССР В.Чеботаевым публикует в ведущем физическом журнале
"ЖЭТФ" серию работ по исследованию режимов генерации атомарного
газового лазера на смеси неона с водородом. Почти одновременно
там же выходит публикация Ю.Троицкого, Л.Василенко и В.Чеботаева
о визуальном наблюдении инфракрасного излучения (первое
наблюдение нелинейного преобразования "невидимого" излучения в
видимый диапазон в биологическом объекте -- на сетчатке глаза
человека) -- одна из пионерных работ в области нелинейной оптики
и биофизики.
Буквально через год после создания Пейтелом инфракрасного лазера
на двуокиси углерода, такой лазер заработал у Л.Василенко --
несомненно, первый в Сибири. Значение этой работы трудно
переоценить: по выражению самого Пейтела, "лазеры на двуокиси
углерода уже открыли простор физическим исследованиям, неведомым
ранее, и обещают неизмеримо больше плодотворных экспериментов в
будущем".
В 1968 году публикуется серия экспериментальных работ Л.Василенко
в соавторстве с В.Чеботаевым по влиянию столкновений на насыщение
поглощения колебательно-вращательных переходов. В дальнейшем эти
работы развиваются в двух направлениях -- фундаментальные
исследования молекулярных столкновений и получение узких
частотных реперов (резонансов насыщенного поглощения),
используемых для активной стабилизации частоты лазерного
излучения. По инициативе В.Чеботаева прикладной аспект,
направленный на создание оптических стандартов частоты, бурно
развивается в 70-х годах в лаборатории под руководством
Л.Василенко. Выполняются работы по стабилизации частоты
углекислотного и гелий-неонового лазеров, что приводит к
рекордным для того времени результатам по стабильности частоты
(~10-13) и ширины линии (~7 Гц) лазерного излучения.
Специалисты, работающие в области спектроскопии высокого
разрешения газов, хорошо знают историю "борьбы с допплеровским
уширением", в которой Л.Василенко принял самое непосредственное
участие. Напомним, что за счет эффекта Допплера линия поглощения
разреженного газа представляет собой набор бесконечного числа
узких линий, смещенных по частотам в соответствии с
максвелловским распределением частиц по скоростям. При комнатной
температуре ширина такой линии в оптическом диапазоне достигает
сотен мегагерц, что полностью маскирует тонкую структуру спектра,
затрудняет изучение столкновительного и радиационного уширения.
Методы нелинейной лазерной спектроскопии оказались весьма
эффективными в "борьбе с допплеровским уширением". Метод
насыщенного поглощения принес прекрасные плоды в молекулярной
спектроскопии применительно к колебательно-вращательным переходам
-- ширина резонансов насыщенного поглощения в слабых насыщающих
полях излучения оказалась в тысячи раз меньше допплеровской
ширины. На основе этих работ развивается в дальнейшем не только
фундаментальная наука -- спектроскопия сверхвысокого разрешения,
но и приложения в области фундаментальной метрологии, в основе
которых лежат все те же резонансы насыщенного поглощения. Без
преувеличения можно сказать, что и широко известные в нашей
стране и за рубежом монографии В.Летохова и В.Чеботаева по
нелинейной спектроскопии, и полученная ими Ленинская премия за
разработку физики и техники нелинейных узких резонансов и их
применений во многом опирались на экспериментальную деятельность
Л.Василенко и его сотрудников.
Экспериментаторам приходилось работать со все более разреженным
газом по мере продвижения в сторону все более высокого
спектрального разрешения. При этом обратили внимание на явление
"вылета" частиц из области взаимодействия с резонансным
электромагнитным полем -- эффект, известный под названием
"пролетного". Для частиц со среднетепловой скоростью движения
этот эффект, казалось, должен был ограничивать спектральное
разрешение на уровне десятков килогерц. Теоретический анализ,
проведенный еще в 1969 году ныне членами-корреспондентами
С.Раутианом и А.Шалагиным показал, что такие опасения напрасны.
Для частиц с большим временем жизни возбужденного состояния (к
ним относятся и молекулы) такие сверхузкие резонансы формируются
в основном частицами с малыми поперечными скоростями, вследствие
чего реальное спектральное разрешение не ограничивается пролетным
эффектом, а определяется однородной шириной линии. Первое
наблюдение медленных молекул, формирующих сигнал насыщенного
поглощения, было выполнено в лаборатории Л.Василенко.
Метод насыщенного поглощения, однако, позволяет участвовать в
формировании сигнала лишь малой части газовых частиц в центре
допплеровски уширенной линии, имеющих близкие к нулю проекции
скоростей поступательного движения. Можно ли "заставить работать"
частицы с любыми скоростями? Утвердительный ответ на этот вопрос
был дан в публикации Л.Василенко, В.Чеботаева и А.Шишаева о форме
линии двухфотонного поглощения в стоячей волне (эта работа в
"Письмах в ЖЭТФ", 1970 г., до сих пор сохраняет высокий индекс
цитирования). Суть предложения авторов метода можно изложить в
двух словах: если частица, движущаяся с определенной скоростью,
поглощает одновременно два фотона из встречных волн, формирующих
стоячую волну, допплеровские сдвиги частоты от взаимодействия с
каждым фотоном в точности компенсируют друг друга, независимо от
значения этой скорости. В результате возникает резонанс
двухфотонного поглощения с шириной однородной линии, в
образовании которого участвуют частицы со всеми тепловыми
скоростями, и лишь малая, в тысячи раз более слабая, "подкладка"
напоминает о допплеровском уширении. Метод спектроскопии
двухфотонного поглощения в газе в стоячих волнах получил широкое
развитие в нашей стране и за рубежом. Он успешно применяется как
в научных исследованиях, так и для разработки вторичных
стандартов частоты.
И еще один подход в борьбе с допплеровским уширением был
апробирован экспериментально в лаборатории Л.Василенко. Речь идет
о методе разнесенных оптических полей, для которого коллективом
соавторов-теоретиков под руководством В.Чеботаева было
предсказано возникновение узкой интерференционной структуры в
центре линии с шириной, определяемой временем пролета между
полями (таким образом, метод разнесенных полей свободен от
пролетных эффектов) и не зависящей от мощности возбуждающих
электромагнитных полей (так что метод свободен и от полевого
уширения -- фактора, существенно ограничивающего уровень
регистрируемых сигналов для метода насыщенного поглощения). Уже
первые эксперименты, выполненные в молекулярном газе для
временного аналога этого явления, показали перспективность нового
метода для целей спектроскопии высокого разрешения.
Важное место в работе Л.Василенко занимали и занимают теперь
прикладные работы. В лаборатории их выполнено много (ни для кого
не секрет интерес, проявлявшийся военным ведомством к
инфракрасному диапазону и к столь мощному излучению
углекислотного лазера). Работы эти, начиная от определения
характеристик рассеяния электромагнитных волн летательными
аппаратами, далее -- к разработке и изготовлению лабораторных
экземпляров лазеров-гетеродинов с большим диапазоном перестройки
частоты излучения для целей оптической дальнометрии и локации, к
совершенствованию лазеров и разработке новых методов возбуждения
активной среды, несомненно, внесли весомый вклад в развитие
отечественной лазерной техники.
В лаборатории Л.Василенко идет напряженная работа. Проходят
семинары, пишутся научные труды, в общем, научная жизнь
продолжается. И по-прежнему руководитель лаборатории проявляет
тонкое экспериментаторское чутье, изобретательность, умение
находить выходы из сложнейших ситуаций. И что, пожалуй, наиболее
важно для человека, работающего в научном коллективе, тем более
для руководителя, Л.Василенко интеллигентен в общении, умеет
выслушать собеседника, способен отойти на второй план и
предоставить возможность проявить себя молодым сотрудникам. Эти
черты характера делают его умным руководителем и приятным
человеком.
Прекрасно, что научная мысль подобна сигналу фотонного эха --
долгоживущего.
стр.
|
