«Наука в Сибири» К ЮБИЛЕЮ ЛАЗЕРАУ научных и технических открытий тоже бывают юбилеи. Ещё в 1916 году Альберт Эйнштейн предсказал существование так называемого вынужденного излучения — физической основы работы любого лазера. А в 1960 году американский физик Теодор Мейман продемонстрировал работу первого лазера, в котором в качестве активной среды использовался рубин и имелся оптический резонатор. Мария Горынцева, «НВС» В честь пятидесятилетней годовщины создания первого лазера для представителей прессы был проведён пресс-тур по институтам, где работают лазерные приборы различных типов. Затем в Выставочном центре СО РАН прошла пресс-конференция. Рассказывали о лазерах и отвечали на вопросы журналистов крупнейший специалист в области квантовой электроники и лазерной физики, директор Института лазерной физики СО РАН
ак. С. Н. Багаев, замдиректора по научной работе Института теоретической и прикладной механики
им. С. А. Христиановича СО РАН Вклад Эйнштейна в дело развития лазерной физики Сергей Николаевич Багаев оценил как скромный, но воздал должное его последователям: — Эйнштейн, рассматривая проблему излучения атомов в обычной среде (тогда речь ещё не шла ни о мазерах, ни о лазерах), впервые определил возможность появления и наблюдения вынужденного, или индуцированного излучения. А поскольку позже этот эффект стал рассматриваться как принцип работы лазерной системы, то можно сказать, что Эйнштейн тоже внёс вклад. На самом же деле всё это в строгую теорию оформил Поль Дирак, который показал, что такой эффект вынужденного излучения действительно может быть. Вторая предпосылка к появлению лазеров — это работы В. А. Фабриканта, нашего российского физика-оптика, который определил возможность существования не только атомов с вынужденным излучением, но и впервые наблюдал усиление оптического сигнала при возбуждении атомов на верхний уровень. Переход к лазеру тогда всё-таки не состоялся по очень простой причине. В то время (в Принципиальный вклад в разработку фундаментальных основ создания лазера внесли и советские, и американские учёные. В СССР — это А. М. Прохоров и Н. Г. Басов (Физический институт им. А. А. Лебедева). Они выполнили большое количество работ по радиоспектроскопии молекул не в оптическом, а микроволновом диапазоне. С другой стороны, одновременно такие же работы проводили в США, во главе их стоял Чарльз Таунс. Кстати, ему 95 лет, но он ещё активен и бодр. Мы приглашали его на нашу юбилейную сессию в Москве, но он, к сожалению, не смог приехать. Эти работы привели к тому, что в 1954 г. был создан первый источник когерентного излучения, но микроволнового диапазона. Его назвали мазером. Фактически он был прототипом лазера — все те же принципы, только в микроволновом диапазоне. Для того, чтобы создать лазер, нужно было решить три задачи. Первая — это среда, вторая —возбуждение среды, создание инверсной населённости, а третья, известная из радиофизики — положительная обратная связь, чтобы возник не усилитель, а генератор. Иными словами, нужен был оптический резонатор. А объёмные резонаторы, которые использовались в микроволновом диапазоне, совершенно не годились. В микроволновом диапазоне длина волны большая, и там размер резонатора примерно соответствовал длине волны. А в оптическом длина волны очень маленькая, доли микрона, и нужен был новый тип резонатора, в котором излучение атомов, усиленное в среде, должно пройти многократно туда-сюда, накопиться, превысить потери, которые там могут возникать, и выйти наружу как направленное когерентное излучение. И
А. М. Прохоров с коллегами, и Ч. Таунс предложили независимо друг от друга новый тип резонатора — так называемый открытый резонатор. Так к концу Сергею Николаевичу задали вопрос об истории развития лазера в Сибирском отделении. С.Н. Багаев: Работы по различным направлениям развития лазерной техники у нас ведёт ряд институтов. Но, безусловно, основным является Институт лазерной физики. Хотя формально наш институт создан в 1991 г., но начало истории его связано с Институтом радиоэлектроники (ИРЭ), возглавлявшимся Юрием Борисовичем Румером. Позже сформировалась лаборатория, затем отдел, который существовал сначала в Институте физики полупроводников, потом в Институте теплофизики, а позже возник и Институт лазерной физики, историю которого, как я уже сказал, можно отсчитывать от А если говорить о работах Сибирского отделения, то по целому ряду направлений мы имеем приоритеты в науке, как российской, так и мировой, и сохраняем их и до сих пор. Например, после создания первых лазеров начались работы по лазерной спектроскопии высокого и сверхвысокого разрешения. Физики хотели, используя возможности лазерного излучения, пойти вглубь исследований молекул, атомов, получить хороший спектроскопический инструмент. Ведь в обычной атомной, молекулярной среде атомы находятся в постоянном тепловом движении, и спектр излучения при этом имеет значительную ширину, которая ограничивается именно этим тепловым движением атомов. Так называемый доплеровский контур ограничивает разрешение в спектральном диапазоне. В В 1981 году здесь же, в ИЛФ, была принципиально решена ещё одна проблема.
Надо было научиться преобразовывать частоту лазерного излучения из оптического диапазона, например, в радиодиапазон и измерять абсолютное значение частоты. Тогда были созданы первые в мире лазерные часы, в которых мы из оптического диапазона перешли прямо на единицу времени «секунда», которая стала определяться по числу высокостабильных оптических колебаний. К тому времени мы создали лазерные источники со стабильностью частоты В начале Далее С. Н. Багаев предоставил слово своим коллегам, предложив им рассказать о некоторых других направлениях использования лазеров. Чл.-корр.РАН А. М. Шалагин упомянул такие имена как Г. В. Кривощёков, Ю. В. Троицкий, В. П. Чеботаев, С. Г. Раутиан и напомнил о возникновении в Сибири двух школ (Чеботаева и Раутиана), поднявших науку о лазерах в Сибири на мировой уровень, где, по его мнению, она до сих пор остаётся. А.М. Шалагин: Уже в этом тысячелетии у нас получили развитие волоконные лазеры, за которыми блестящее будущее. Осуществляемые лабораторией С. А. Бабина исследования физических явлений, происходящих при распространении излучения в волокне, настолько продвинуты, что результаты его признаются во всём мире. Их работа, опубликованная в престижнейшем журнале «Nature Photonics» в разделе «Лазеры», упомянута в числе двух лучших работ года по лазерам. В нашем институте созданы дифракционные оптические элементы, которые используются для контроля поверхности зеркал телескопов. Телескопы делают именно с применением нашей технологии. Лазерная графика, лазерная голография, лазерная защита изделий, лазерная маркировка (мы участвуем в проекте замены, защиты и распознавания паспортов) — всё это тоже делается в ИАиЭ. Также все слышали о ДНК-секвенаторе для распознавания ДНК. В этой области у нас достигнуты тоже большие успехи. На вопрос, не потеряли ли мы позиции лидерства в развитии лазерной техники, Анатолий Михайлович честно ответил, что по ряду направлений, к сожалению, наши учёные отстают, хотя в других по-прежнему сохраняют ведущие позиции. О промышленном применении лазеров рассказал А.М. Оришич: Если обратиться к прошлому веку, можно увидеть, что люди старались создать всё более прочные материалы, а чтобы их обрабатывать, создавали всё более прочные инструменты. Так дошли до алмаза, но потом ничего прочнее придумать не могли. Лазер решает эту проблему — он способен обрабатывать материал любой твёрдости. Возрастает и производительность труда. Когда в 1995 году мы поставили автоматический лазерный комплекс для раскроя листовых материалов на «ЭЛСИБ», заводу удалось снизить время создания генератора в два раза. Если бы наша промышленность иначе относилась к нашим разработкам, темпы экономического развития были бы намного выше. Мы активно занимаемся не только лазерной резкой, но и лазерной сваркой. Обычная сварка не даёт необходимой прочности сварного шва, поэтому не применяется, например, в авиации. Однако с применением нанотехнологий прочность сварного шва также повышается в несколько раз. Так современный уровень техники позволяет очень серьёзно продвинуться в области создания новых инструментов. Лазерный луч позволяет создавать и трёхмерные изделия. Мы надеемся, что к концу XXI века большинство технологических операций на заводах будут производиться с помощью лазеров. Большое оживление и печальные вздохи вызвал рассказ Анатолия Митрофановича о том, что в Японии запрещено долбить стены в жилых домах с помощью грохочущего перфоратора — это делается посредством бесшумных переносных лазерных установок. Однако предположение одного из присутствующих журналистов, что древние египтяне сверлили отверстия в каменных блоках с помощью лазеров, учёный всё-таки отверг, мягко заметив, что не присутствовал лично при строительстве пирамид. Учёные посетовали, что лазерная физика в настоящее время плохо финансируется и, как выразился А. М. Оришич, «находится в загоне». Исследования по лазерам не включены ни в одну из серьёзных государственных программ. И хочется развести руками и сказать: господа, от которых зависит финансирование науки! Ладно, пусть нас, обывателей, редко интересуют фундаментальные величины и фемтосекунды. Но ведь лазеры имеют огромное поле практических приложений! Это биология, медицина, оптика, заводской инструментарий и, наконец, мечта любого поселенца новостроек — лазерная переносная установка, заменяющая дрели и перфораторы! Это же сказка, которая очень легко может стать былью нашего сегодняшнего дня! стр. 5 |