Когда-то мир жил без лазеров. Это сейчас достижения квантовой физики, лазерной электроники, компьютерные технологии являются неотъемлемыми составляющими нашей жизни, применяются даже в быту. А у истоков глобальных перемен стояли выдающиеся физики XX века Н.Г. Басов, А.М. Прохоров и Ч. Таунс.
Слово «лазер» – это аббревиатура: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление света в результате вынужденного излучения). Лазеры являются принципиально новыми источниками света (а также излучения инфракрасного и ультрафиолетового диапазона), какого не существует в природе. Лазерное излучение когерентно, то есть строго упорядочено по фазе, поэтому его можно очень сильно фокусировать. Для освещения лазеры применять бессмысленно, а вот в измерительной технике, в линиях связи, в компьютерах (для считывания и записи информации на компакт-дисках), в медицине (операции на глазах), в технологическом оборудовании (гравирование, сварка, поверхностная закалка, сверление, резка труднообрабатываемых материалов) они нашли широчайшее применение. Дешевые полупроводниковые лазеры используются даже в детских игрушках.
Лазеры просты по конструкции: активный элемент помещен между двумя строго параллельными зеркалами. Одно из зеркал делают полупрозрачным – для выхода луча. Активный элемент «накачивают» энергией от внешнего источника, возбужденные атомы при соблюдении некоторых условий испускают фотоны согласованно, и лазер рождает почти нерасходящийся луч. Можно сказать, сбылась мечта инженера Гарина из книги Алексея Толстого.
Первыми (1960 г.) были созданы импульсные лазеры с выращенным кристаллом рубина в качестве активного элемента. «Накачка» происходила от газоразрядной лампы.
Сейчас разработано множество типов лазеров – газовые (на инертных газах, на углекислом газе), жидкостные (на красителях), твердотельные (на кристаллах и специальных стеклах), полупроводниковые. Лазерный луч можно получить даже от струи реактивного двигателя или ядерного взрыва.
В 1922 г. в городе Усмани Липецкой области, в профессорской семье Басовых родился мальчик, которого назвали Николаем. Едва закончив школу, он отправился на фронт Великой Отечественной. После демобилизации в декабре 45‑го поступил в Московский механический институт (впоследствии – знаменитый МИФИ). Он понимал, что физика – его наука, несмотря на то, что родители прочили ему карьеру врача. И с 1948 года, наряду с учебой, Николай Басов начинает научную деятельность в лаборатории колебаний Физического института им. Лебедева АН СССР (ФИАН) под руководством профессора Прохорова. Первые его работы относятся к области радиоспектроскопических методов определения ядерных моментов.
Примерно в это же время в США известный ученый Чарльз Таунс, один из «отцов» квантовой физики, работал над тем же, над чем размышляли Прохоров и его подопечный Басов. Одновременно и независимо друг от друга Таунс и Басов с Прохоровым выдвинули и теоретически обосновали принципы усиления и генерации электромагнитных волн квантовыми системами с инверсной заселенностью. Эта теория позволила создать в 1955 г. принципиально новые источники электромагнитных волн микроволнового диапазона – квантовые генераторы, так называемые мазеры, и малошумящие квантовые усилители радиоволн диапазона СВЧ.
Это было одним из важнейших открытий XX века. В 1958 г. Прохоров предложил применять в квантовой электронике рубины и выдвинул идею открытых резонаторов. Эти идеи были использованы при создании источников когерентного света – лазеров. За открытие нового принципа генерации излучения и создание квантового генератора на пучке молекул аммиака в 1959 г. Басову и Прохорову была присуждена Ленинская премия. А исследования по полупроводниковым лазерам и вовсе предопределили интенсивное развитие физики и техники.
Значимость новой науки стала неоспоримой. Сегодня объем производства полупроводниковых лазеров различных типов составляет сотни миллионов штук в год, а стоимость излучателя зачастую не превышает одного доллара. За разработки в квантовой электронике, приведшие к созданию мазеров и лазеров, Прохоров, Басов и Таунс были удостоены в 1964 г. Нобелевской премии.
Басов, не останавливаясь на достигнутом, выдвинул казавшуюся в то время утопической идею лазерного подхода к проблеме управляемого термоядерного синтеза. И уже в 1968 г. он и его сотрудники зарегистрировали нейтроны, полученные лазерным облучением. Эти результаты, представленные Басовым на Международной конференции по квантовой электронике в США (1968 г.), создали почву для международного сотрудничества по лазерному термоядерному синтезу. Под руководством Басова была создана многоканальная лазерная установка «Кальмар», которая обеспечивала симметричное и одновременное импульсное облучение мишеней, содержащих термоядерное топливо. Важнейшим достоинством данного подхода была его полная безопасность.
Лазерные технологии были признаны очень перспективными, и с 1962 года Басов возглавляет разработку устройств квантовой электроники повышенной мощности, ориентированных на использование в обороне страны, в частности, для лазерного поражения воздушно-космических целей. На основе этих разработок ученые создали множество всевозможных типов лазеров – фотодиссоционных (йодных), эксимерных, электроионизационных, химических. Вместе с научным коллективом знаменитого секретного города Арзамас-16 Басов создает сверхмощные йодные лазеры взрывного типа.
Н.Г. Басов воспитал плеяду высокопрофессиональных, талантливых физиков, создал и возглавил Высшую школу физики при МИФИ и ФИАН. Перечень его регалий огромен: член Президиума РАН, длительное время директор ФИАН, председатель общества «Знание», главный редактор журналов «Квантовая электроника» и «Природа», дважды Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской, Нобелевской и Государственной премий, награжден пятью орденами Ленина и орденом Отечественной войны II степени, удостоен Золотой медали им. Ломоносова АН СССР. С 1966 года он – академик АН СССР (РАН), избран членом многих иностранных академий.
Когда-то мир жил без лазеров. Это сейчас достижения квантовой физики, лазерной электроники, компьютерные технологии являются неотъемлемыми составляющими нашей жизни, применяются даже в быту. А у истоков глобальных перемен стояли выдающиеся физики XX века Н.Г. Басов, А.М. Прохоров и Ч. Таунс.