Прохоров Александр Михайлович

Еще в 1905 году А.Эйнштейн высказал гипотезу, согласно которой энергия света состоит из дискретных порций энергии - квантов, которые испускаются (или поглощаются) атомами и атомными системами при их переходах из одного дискретного энергетического состояния в другое. Спустя несколько лет, в 1916 году, А.Эйнштейном же было введено понятие индуцированного излучения. Было постулировано, что переходы из более высокого энергетического состояния в более низкое могут происходить не только спонтанно, т.е. самопроизвольно, но и вынужденно под воздействием пришедшего извне другого кванта, имеющего энергию в точности равную энергии перехода. В результате с места события уходят уже два кванта излучения - вынуждающий и вынужденный. Важно, что оба они распространяются в направлении, в котором распространялось индуцирующее излучение, и при этом имеют одинаковую энергию, или длину волны излучения. Позже Ш.Бозе и А.Эйнштейном (1924), а затем П.А.М. Дираком (1927) были разработаны теоретические представления о процессах излучения и поглощения света.

В результате были строго обоснованы существование индуцированного излучения и полная тождественность (неразличимость) квантов этого излучения, включая фазу электромагнитных волн (так называемая, когерентность излучения).

Представление об индуцированном излучении является одним из краеугольных камней квантовой электроники и физики лазеров.

Понадобилось около трех десятков лет с момента завершения построения теории излучения и поглощения света до создания первого лазера. Однако ничего удивительного в этом нет. Предстояло сделать еще несколько поистине гигантских шагов, чтобы завершить строительство фундамента лазерной физики. Дело в том, что А. Эйнштейн и П.А.М. Дирак, развивая представления об индуцированном излучении, имели в виду прежде всего оптику, где в то время уже господствовали квантовые представления. Однако в арсенале оптики отсутствовали идеи и методы, дополнившие впоследствии представления об индуцированном излучении и приведшие к созданию лазера. Сейчас уже очевидно, что в оптическом сообществе лазер появиться принципиально не мог. Вершиной развития представлений об индуцированном излучении в среде оптиков стали работы профессора В.А. Фабриканта об оптических средах с отрицательным поглощением (с усилением в квантово-электронной терминологии). Понятия о генерировании монохроматического, когерентного и узко-направленного излучения, что, собственно, и характеризует лазер, в оптике не возникало и не могло в то время возникнуть. Эти идеи и понятия пришли из радиофизики и радиоспектроскопии вместе с понятиями о монохроматическом излучении, инверсной населенности, резонаторах, усилении и генерации радиоизлучений в середине 50-х годов XX века. В среде радиофизиков, оперирующих, в отличие от оптиков, в основном волновыми представлениями, эти понятия уже давно и прочно укоренились и широко использовались в работе. Именно в этих областях успешно работали А.М. Прохоров и его молодые сотрудники. Имея богатый опыт и знания в области радиофизики и прекрасно владея аппаратом теории колебаний, с одной стороны, и глубоко проникнув в область радиоспектроскопии - с другой, Александр Михайлович впервые синтезировал основные идеи и методы радиофизики с квантовыми представлениями оптики.

В 1954 году А.М. Прохоровым (совместно с Н.Г. Басовым) были предложены методы формирования молекулярных пучков с последующей сортировкой возбужденных и невозбужденных молекул и пропусканием пучка возбужденных молекул через объемный резонатор. Здесь впервые удалось соединить в одно целое представления об индуцированном излучении и инверсной населенности с представлениями о резонаторах, обратной связи и генерации когерентного электромагнитного излучения. Всего этого было уже достаточно для создания квантового генератора, работающего на энергетических переходах в радиодиапазоне в молекулярных пучках (т.е. мазера). Первым таким генератором стал аммиачный мазер, излучающий в радиодиапазоне. В тот же период времени была создана исчерпывающая теория молекулярного генератора и усилителя радиоизлучения (1955, А.М. Прохоров совместно с Н.Г. Басовым).

Совершенно естественно, что после триумфального завершения работ по мазерам возник вопрос о движении в сторону видимого участка спектра электромагнитных колебаний, т.е. о создании лазеров оптического диапазона.

Описывая историю создания лазера, часто отмечают, что основной трудностью продвижения из радио- в оптический диапазон является резкое возрастание вероятности спонтанных переходов, в связи с чем появляются трудности в достижении инверсной населенности. Сам А.М.Прохоров в своей Нобелевской лекции в 1964 году заметил, что основными препятствиями на пути создания лазера оптического диапазона в то время были: отсутствие резонаторов, способных работать в оптическом диапазоне длин волн, и отсутствие конкретных методов достижения инверсной населенности в оптическом диапазоне. Уже вскоре после появления радиоволнового мазера оба эти препятствия были блестящим образом устранены.

Другое по теме

Нефтепереработка
Отправимся в воображаемую экскурсию на НПЗ (нефтеперерабатывающий завод) и для простоты будем считать, что он производит лишь бензин, керосин, дизельное и другие топлива, смазочные масла и кокс. Этого, уверяем вас, для первого раза более чем достаточно. Ведь только в стандартах на бензины не менее десятка обязательн ...

Квантовые эффекты. Ограничения применимости теории тяготения Эйнштейна
Теория Эйнштейна — не квантовая теория. В этом отношении она подобна классической электродинамике Максвелла. Однако наиболее общие рассуждения показывают, что гравитационное поле должно подчиняться квантовым законам точно так же, как и электромагнитное поле. В противном случае возникли бы противоречия с принципом неопределённо ...