|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ВАЖЛИВІ НАУКОВІ ВІДКРИТТЯ
Лазер. Історія та суть наукового відкриття
Довідник / Найважливіші наукові відкриття Слово " лазер " утворено з початкових літер довгої фрази англійською мовою, що означає у дослівному перекладі: " посилення світла з допомогою вимушеного випромінювання " . "Вчені давно звертали увагу на явище мимовільного випромінювання світла атомами, - пише в книзі "Світ фізики" М.М. Колтун, - те, що відбувається завдяки тому, що збуджений якимось способом електрон знову повертається з верхніх електронних оболонок атома на нижні. Недарма явище хімічної, біологічної та світлової люмінесценції, викликане такими переходами, здавна приваблювало дослідників своєю красою та незвичайністю Але світло люмінесценції надто слабке і розсіяне, Місяця йому не досягти... Кожен атом при люмінесценції випромінює своє світло в різний час, не узгоджений з атомами-сусідами. В результаті виникає хаотичне спалахове випромінювання. Атоми не мають свого диригента! У 1917 році Альберт Ейнштейн в одній із статей теоретично показав, що узгодити спалахи випромінювання окремих атомів між собою дозволило б зовнішнє електромагнітне випромінювання. Воно може змусити електрони різних атомів одночасно злетіти на однаково високі збуджені рівні. Цьому ж випромінюванню неважко зіграти роль і спускового гачка при "світловому пострілі": спрямоване на кристал, воно може викликати одночасне повернення на вихідні орбіти відразу кількох десятків тисяч збуджених електронів, що супроводжуватиметься могутнім сліпуче яскравим спалахом світла, світла практично однієї довжини Як кажуть фізики, монохроматичного світла. Робота Ейнштейна була майже забута фізиками: дослідження з вивчення будови атома займали тоді значно більше. У 1939 році молодий радянський вчений, нині професор та дійсний член Академії педагогічних наук В.А. Фабрикант повернувся до введеного Ейнштейном у фізику поняття вимушеного випромінювання. Дослідження Валентина Олександровича Фабриканта заклали міцний фундамент створення лазера. Ще кілька років інтенсивних досліджень у спокійній мирній обстановці, і лазер було б створено". Але це сталося лише в п'ятдесяті роки завдяки творчій роботі радянських учених Прохорова, Басова та американця Чарльза Харда Таунса (1915). Олександр Михайлович Прохоров (1916–2001) народився Атортоні (Австралія) у ній робітничого революціонера, який утік у 1911 року у Австралію з сибірської заслання. Після Великої Жовтневої соціалістичної революції сім'я Прохорова повернулася на батьківщину в 1923 і через деякий час оселилася в Ленінграді. 1934 року тут Олександр закінчив середню школу із золотою медаллю. Після школи Прохоров вступив на фізичний факультет Ленінградського державного університету (ЛДУ), який закінчує 1939 року з відзнакою. Далі він вступає до аспірантури Фізичного інституту імені П.М. Лебедєва АН СРСР. Тут молодий вчений зайнявся дослідженням процесів поширення радіохвиль вздовж земної поверхні. Їм було запропоновано оригінальний спосіб вивчення іоносфери за допомогою радіоінтерференційного методу. З початку Вітчизняної війни Прохоров у лавах діючої армії. Воював у піхоті, у розвідці, відзначений бойовими нагородами, був двічі поранений. Демобілізувавшись у 1944 році, після другого тяжкого поранення, він повернувся до перерваної війною наукової роботи у ФІАН. Прохоров зайнявся актуальними на той час дослідженнями з теорії нелінійних коливань, методами стабілізації частоти радіогенераторів. Ці роботи лягли в основу його кандидатської дисертації. За створення теорії стабілізації частоти лампового генератора у 1948 році йому було присуджено премію імені академіка Л.І. Мандельштам. В 1948 Олександр Михайлович починає дослідження природи і характеру електромагнітного випромінювання, що випускається в циклічних прискорювачах заряджених частинок. У дуже короткий термін йому вдається провести велику серію успішних експериментів з вивчення когерентних властивостей магніто-гальмівного випромінювання релятивістських електронів, що рухаються в однорідному магнітному полі в синхротроні – синхротронного випромінювання. В результаті проведених досліджень Прохоров довів, що синхротронне випромінювання може бути використане як джерело когерентного випромінювання в сантиметровому діапазоні довжин хвиль, визначив основні характеристики та рівень потужності джерела, запропонував метод визначення розмірів електронних згустків. Ця класична робота відкрила цілий напрямок досліджень. Її результати були оформлені у вигляді докторської дисертації, успішно захищеної Олександром Михайловичем у 1951 році. У 1950 році Прохоров починає роботи в абсолютно новому напрямку фізики - радіоспектроскопії, поступово відходячи від робіт у галузі фізики прискорювачів. У спектроскопії тоді освоювався новий діапазон довжин хвиль – сантиметрових та міліметрових. У цей діапазон потрапляли обертальні та деякі коливальні спектри молекул. Це відкривало нові можливості у вивченні фундаментальних питань будови молекул. Багатий експериментальний і теоретичний досвід Прохорова в галузі теорій коливань, радіотехніки та радіофізики якнайкраще підходив для освоєння цієї нової області. За підтримки академіка Д.В. Скобельцина у мінімально можливі терміни разом із групою молодих співробітників лабораторії коливань Прохоров створив вітчизняну школу радіоспектроскопії, яка швидко завоювала передові позиції у світовій науці. Одним із цих молодих співробітників був випускник Московського інженерно-фізичного інституту Микола Геннадійович Басов. Басов народився 14 грудня 1922 року місті Усмані Воронезької губернії (нині Липецької обл.) у сім'ї Геннадія Федоровича Басова, згодом професора Воронезького університету. Закінчення школи Басовим збіглося з початком Великої Великої Вітчизняної війни. 1941 року Миколу призвали до армії. Він був направлений до Куйбишевської військово-медичної академії. За рік його перевели до Київського військово-медичного училища. Після закінчення училища 1943 року Басова направили до батальйону хімічного захисту. З початку 1945 року і до демобілізації, наприкінці того ж року він перебував у лавах діючої армії. У 1946 році Басов вступає до Московського механічного інституту. Після закінчення інституту в 1950 році він вступив до його аспірантури на кафедру теоретичної фізики. З 1949 року Микола Геннадійович працює у Фізичному інституті АН СРСР. Його перша посада – інженер лабораторії коливань, очолюваної академіком М.А. Леонтовичем. Потім він стає молодшим науковцем тієї ж лабораторії. У ті роки група молодих фізиків під керівництвом Прохорова розпочала дослідження на новому науковому напрямі – молекулярній спектроскопії. Тоді ж почалося плідне співтовариство Басова і Прохорова, що призвело до основних робіт у галузі квантової електроніки. У 1952 році Прохоров і Басов виступили з першими результатами теоретичного аналізу ефектів посилення та генерації електромагнітного випромінювання квантовими системами, надалі ними було досліджено фізику цих процесів. Розробивши цілу низку радіоспектроскопів нового типу, лабораторія Прохорова почала отримувати дуже багату спектроскопічну інформацію щодо визначення структур, дипольних моментів та силових постійних молекул, моментів ядер тощо. Аналізуючи граничну точність мікрохвильових молекулярних стандартів частоти, що визначається насамперед шириною молекулярної лінії поглинання, Прохоров і Басов запропонували використовувати ефект різкого звуження лінії молекулярних пучках. "Однак перехід до молекулярних пучок, - пишуть І.Г.Бебіх і В.С.Семенова, - вирішуючи проблему ширини лінії, створював нову труднощі - різко знижувалася інтенсивність лінії поглинання через низьку загальну щільність молекул у пучку. Сигнал поглинання є результатом індукованих переходів між двома енергетичними станами молекул з поглинанням кванта при переході з нижнього рівня на верхній (індуковане, вимушене поглинання) і з випромінюванням кванта при переході з верхнього рівня вниз (індуковане, вимушене випромінювання). рівнів досліджуваного квантового переходу молекул.Для двох рівнів, віддалених на енергетичній відстані, що дорівнює кванту НВЧ-випромінювання, ця різниця населеностей становить лише малу частину від загальної щільності частинок в силу термічного заселення рівнів у рівноважному стані при звичайних температурах згідно з розподілом Больцмана. Тоді-то і було запропоновано ідея у тому, що, змінюючи штучно населеності рівнів у молекулярному пучку, т. е. створюючи нерівноважні умови (чи хіба що свою " температуру " , визначальну населеність цих рівнів), можна істотно змінити інтенсивність лінії поглинання. Якщо різко знизити кількість молекул на верхньому робочому рівні, відсортуючи з пучка такі частинки, наприклад, за допомогою неоднорідного електричного поля, інтенсивність лінії поглинання зростає. У пучку як би створена наднизька температура. Якщо ж у такий спосіб прибрати молекули з нижнього робочого рівня, то системі буде спостерігатися посилення з допомогою індукованого випромінювання. Якщо посилення перевищує втрати, то система самозбуджується на частоті, яка визначається, як і раніше, частотою даного квантового переходу молекули. У молекулярному ж пучку буде здійснено інверсію населеностей, тобто створено як би негативну температуру ". Так виникла ідея молекулярного генератора, викладена у добре відомому циклі класичних спільних робіт AM Прохорова та Н.Г. Басова 1952-1955 років. Звідси почала свій розвиток квантова електроніка - одна з найплідніших областей сучасної науки і техніки, що найбільш швидко розвинулися. По суті, головний, важливий крок у створенні квантових генераторів полягав у тому, щоб приготувати нерівноважну випромінювальну квантову систему з інверсією населеностей (з негативною температурою) і помістити її в коливальну систему з позитивним зворотним зв'язком – об'ємний резонатор. Його могли і повинні були зробити вчені, які об'єднали у собі досвід вивчення квантовомеханічних систем та радіофізичну культуру. Подальше поширення цих принципів на оптичний та інші діапазони неминуче. Принциповою була пропозиція Прохорова і Басова про новий спосіб отримання інверсії населеностей в трирівневих (і складніших) системах з допомогою насичення однієї з переходів під впливом потужного допоміжного випромінювання. Це так званий "метод трьох рівнів", який отримав пізніше також назву методу оптичного накачування. Саме він дозволив у 1958 році Фабрі-Перо сформувати реальну наукову основу для освоєння інших діапазонів. Цим успішно скористався 1960 року Т. Мейман під час створення першого лазера на рубіні. Ще під час роботи над молекулярними генераторами Басов дійшов ідеї про можливість поширення принципів і методів квантової радіофізики на оптичний діапазон частот. Починаючи з 1957 року, він займається пошуком шляхів створення оптичних квантових генераторів - лазерів. У 1959 року Басовим разом із Б.М. Вулом та Ю.М. Поповим підготовлено роботу "Квантово-механічні напівпровідникові генератори та підсилювачі електромагнітних коливань". У ній пропонувалося використовувати створення лазера інверсну заселеність в напівпровідниках, одержувану в імпульсному електричному полі. Ця пропозиція поряд із пропозиціями вчених США про використання кристалів рубіну (Ч. Таунс, А. Шавдов) та газових сумішей (А. Джаван) ознаменувала початок планомірного освоєння квантовою електронікою оптичного діапазону частот. У 1964 році Басов, Прохоров і Таунс (США) стали лауреатами Нобелівської премії, якої вони отримали за фундаментальні дослідження в галузі квантової електроніки, що призвели до створення мазерів і лазерів. Автор: Самін Д.К.
▪ Теорія еволюції органічного світу
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Годинник SmartWatch 2 від Sony ▪ MAX77950 - універсальний приймач бездротової енергії
▪ розділ сайту Детектори напруги поля. Добірка статей ▪ стаття Прочитає, посміхнеться і знову прочитає, і знову без відпочинку пише. Крилатий вислів ▪ стаття Чим відрізняється кошерна сіль від звичайної? Детальна відповідь ▪ стаття Начальник відділу зв'язків із громадськістю. Посадова інструкція ▪ стаття Приготування туалетного мила гарячим способом. Прості рецепти та поради ▪ стаття Підземне господарство ілюзіоніста у цирку. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page