главная   оптика   волоконная оптика   спектроскопия   лазеры   лазерные системы
 
     
 
Оптика
Волоконная оптика
Спектроскопия
Лазеры /
  История создания лазеров
  История возникновения и становления квантовой электроники
  К 50-летию открытия лазеров
  Лазер во времена греко-римской цивилизации (пояснение автора к цитате из Плиния Старшего)
  Принципы работы лазера
  Параметры лазерного излучения
  Различные типы лазеров
  Лазерная безопасность
  Юмор
  Ведущие фирмы-производители лазеров. Поставщики лазерного оборудования
  Лазерика
Лазерные системы
Телекоммуникации и связь
 
Выставки и конференции
Новости науки и лазерной техники
 
О проекте
Ссылки

 

2.2. Переход в оптический диапазон. Создание лазера

После создания мазеров стали вестись работы по созданию лазеров, т. е. оптических генераторов света. Это было чрезвычайно важно, так как в оптическом диапазоне не существовало монохроматических источников света, в то время как в радиодиапазоне существовали радиогенераторы задолго до рождения квантовой электроники. Для создания лазеров нужно было преодолеть ряд трудностей. Как объяснял эту проблему А. М. Прохоров в своей Нобелевской лекции 11 декабря 1964 г.: «Казалось бы, что после создания мазеров в радиодиапазоне вскоре будут созданы квантовые генераторы и в оптическом диапазоне. Однако этого не случилось. Они были созданы только через 5–6 лет. Чем это объясняется? Здесь были две трудности. Первая трудность заключалась в том, что тогда не были предложены резонаторы для оптического диапазона волн, и вторая – не были предложены конкретные системы и методы получения инверсной заселенности в оптическом диапазоне волн»[4].

В 1955 г. был предложен метод получения инверсной населенности в трехуровневой схеме под воздействием внешнего источника накачки (Bloembergen N Phys. Rev. 104 324 (1956)) – таким образом нашлось решение первой важной проблемы в создании лазера.

Проблема резонатора была решена только в 1958 г., когда были предложены резонаторы, размеры которых много больше, чем длина волны. Опять практически одновременно в СССР (А. М. Прохоров в статье "О молекулярном усилителе и генераторе на субмиллиметровых волнах") и в США (А. Л. Шавлов и Ч. Х. Таунс) предложили для создания квантовых генераторов в области очень коротких длин волн так называемый открытый резонатор. В простейшем случае это два плоских и размещенных на одной оси параллельных зеркала (впоследствии стали использовать и сферические зеркала, позволившие реализовать некоторые очень полезные режимы работы лазеров). В настоящее время открытые резонаторы широко используются для лазеров.

Первым для создания лазера был использован кристалл рубина (двуокись алюминия с примесью ионов хрома). В США его построил в 1960 году Теодор Мэйман. Основываясь на опубликованных работах и своих исследованиях спектроскопических свойств и люминесценции рубина, он разработал конструкцию лазера. С первого включения получил генерацию на длине волны 0,6943 мкм. В его конструкции резонатором служили плоскопараллельные, полированные и посеребренные торцы кристалла, расстояние между которыми составляло один сантиметр. Инверсная населенность создавалась обычной спиральной импульсной лампой, применяемой в фотографии в качестве вспышки. Это открытие дало толчок бурному развитию лазерной техники. Элементы лазера Маймана лежат в основе всех современных лазеров.

Фундаментальные исследования, давшие направление дальнейшему развитию работ, были выполнены в СССР под руководством академика А. М. Прохорова в Физическом институте Академии наук группой научных сотрудников (в их числе Н. Г. Басов, А. А. Маненков, А. И. Барчуков и др.). В США в то же время несколько групп вели аналогичные работы, среди которых, как было уже указано, выделялись работы Ч. Х. Таунса.

В 1964 году Нобелевский комитет присудил А. М. Прохорову, Н. Г. Басову и Ч. Х. Таунсу премию по физике за выдающийся вклад в создание и развитие квантовой электроники.

В период с 1961 по 1964 год стали появляться работы в новом многообещающем направлении - полупроводниковой квантовой электронике. Многие исследователи и ранее рассматривали возможность использования полупроводников в качестве активной усиливающей среды. Известен патент японских ученых Й. Ватанабе и Дж. Нишизава от апреля 1957 года, в котором предлагалось применить инжекцию (вброс) свободных носителей в полупроводник с целью получить излучение. Патент имел название "полупроводниковый мазер", говорящий о правильном понимании цели работы. Наиболее интересным, получившим впоследствии развитие, стало предложение группы сотрудников ФИАНа под руководством Н. Г. Басова, которые предлагали использовать p-n-переход в полупроводнике для возбуждения излучения.

Область полупроводниковых лазеров развивалась очень интенсивно. Были преодолены все возможные препятствия на пути создания надежных малогабаритных приборов с широким спектром параметров как по частотам излучения, так и по энергетическим и временным характеристикам. Особая роль в решении этих вопросов выпала на долю Жореса Ивановича Алферова с сотрудниками ленинградского Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе Академии наук (Ж. И. Алферов, В. М. Андреев, Е. М. Портной, М. К. Трухан), которые разработали многослойные гетероструктуры, ставшие основой современных полупроводниковых лазеров. За эти работы в 2000 году Ж. И. Алферову была присуждена Нобелевская премия. В настоящее время полупроводниковые лазеры лежат в основе устройств записи, хранения и передачи информации по оптоволоконным линиям связи, находят применение в различных областях науки и техники, в частности в качестве мощных малогабаритных элементов накачки твердотельных лазеров.

С созданием и развитием твердотельных и полупроводниковых лазеров также был разработан целый ряд других типов лазеров: газоразрядные (1961 г.), жидкостные на растворах органических красителей (1966 г.). Довольно быстро был перекрыт диапазон длин волн: от далекого инфракрасного (ИК) до дальнего ультрафиолетового (УФ). Непрерывно улучшались параметры лазеров (мощность, монохроматичность, направленность, стабильность) и расширялись границы их применения.

Запуск лазера ознаменовал начало лазерной эры, в которой лазер стал незаменимым инструментом в технологических процессах, новой технике, медицине, оборонной технике, научных исследованиях и в быту. А. М. Прохоров понимал огромные потенциальные возможности лазеров, он стремился максимально использовать научные результаты на практике.

С появлением лазера начала бурно развиваться нелинейная оптика, изучающая и использующая нелинейность вещества на оптических частотах. Второе рождение пережили голография и оптическая спектроскопия, возникли оптоэлектроника, когерентная спектроскопия и квантовая оптика. Начали разрабатываться лазеры рентгеновского излучения. Следует подчеркнуть, что бурное развитие квантовой электроники было обеспечено огромным запасом идей и конкретной информации, которая была накоплена до пятидесятых годов в радиочастотной и оптической спектроскопии и впоследствии получили свое применение в квантовой электронике. В 1986 году в статье «К 25-летию создания лазера» он отметил, что «можно уверенно говорить, что мы находимся на линейном участке развития лазеров и пока нет признаков эффекта насыщения»[5].



[4] Прохоров А. М., Квантовая электроника// УФН, 1965, т. 85, 4, стр. 601.

[5] Прохоров А. М., К 25-летию создания лазера// УФН, 1986, т. 148, 1, стр. 6.

 


Николай Геннадьевич Басов

Александр Михайлович Прохоров
 
Кафедра Лазерной техники БГТУ 'Военмех'

Онлайн-конвертер

             
  разработка сайта NINSIS   190005, Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, д. 1
тел/факс: +7 (812) 316-49-09
www.laser-portal.ru