Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 106
Текст из файла (страница 106)
начаэе 50-х голов прошлого века в Физическом институте нм. П. Н. Лебедева Академг«н зук СССР проводились работы по усовершенствованию радиоспектрометра. Занимаясь юледованиями в области микроволновой радиоспектроскопии, советские ученые Ллекшдр Михайлович Прохоров и Николай Геннадьевич Басов стремились расширить воз ожности использования индуцированного изл>чения молекул для генерапии и усилен'«я микроволновом диапазоне. сделать этот метод пригодным для наблюдения тонкой и ~ерхтонкой структуры спектров молекул.
для этого нужно было повысить Разрешаю ую способность и чувствительность спектрометров. Однако для повышения разреша«о ей способности необходимо было уменьшить ширин> линии поглощения молекульь ~торой свойственно уширенне за счет эффекта доплера. А. Л1. Прохоров пре «ло'кнл «есто однородного газа применять молекулярные пучки, движущиеся перпендикуляр"о направлению распрос~ранения электромагнитных волн.
Но оказалось, что возможност сти 'чковых радиоспектрометров сильно ограниченны из-за малых интенсивностей набл"' Краткая историческая справка 505 даемых линий. Причиной тому служила незначительная разница населенностей уровней, обусловливающих квантовый переход в микроволновом диапазоне, Тогда и возникли революционные идеи: во-первых. искусственно изменить населенности уровней и, повторых, использовать эффект индуцированного излучения молекул Гвысокого, энергетического уровня) вместо эффекта поглощения. Эти идеи были впервые высказаны А. М, Прохоровым и Н. Г.
Басовым (рис. 1). Рис. 1. Академики, лауреаты Нобелевской премии Николай Геннадьевич Басов и Александр Михайлович Прохоров в лаборатории ЕИЯН НА СССР (1966 т.) В течение 1952 — 1955 годов в ФИАН СССР был успешно осуществлен запуск первого квантового прибора — молекулярного генератора на пучке молекул аммиака. В дальнейшем на основе молекулярного генератора промышленностью были разработаны и выпускались стандарты частоты широкого применения. Созданные генераторы на пучке атомарного водорода, парах изотопа рубидия-87 с оптической накачкой нашли применение в кослтнческой технике, авиации, навигации, доплеровской локации, метрологии, службе времени и т.
и В дальнейшем был проведен цикл исследований по разработке атомно-лучевых трубок лля стандартов частоты, обеспечивающих стабильность частоты генерируемых колебаний не хуже 1О ". Практически одновременно предложение об использовании индивидуального излучения лля генерирования миллиметровых волн бььчо высказано американским физиком Чарльзом Хардом Таунсом с сотрудниками, работающими в области газовой радиоспектроскопин. В 1955 году был предложен новый термин для обозначения молекулярно~о генератора— мазар 1сокрашенное от Мюготчаче Ащр1йюабоп Ьу 511пзо1агет1 Епз1зь1оп оГ Кат11а11оп, усилитель микроволнового излучения за счет нндупнрованного излучения). В дальнейшем Часть!И, КвантоваЯ и оптнческаЯ электроника >06 зазерами стали называть и другие устройства, работающие на принципах индуцирован 1ого излучения (рис.
2). Н. Г. Басов и А. М. Прохоров для получения активного состояния вещества предложили метод накачки, сущ. ность которого состоит в использовании эффекта пасы щения одного нз переходов под действием вспомогатель ного излучения в многоуровневой квантовой системе Метод накачки в системе с тремя уровнями оказался очень плодотворным н получил дальнейшее развитие прн создании квантовых приборов других типов — пиромотввлтых усиштеяей.
Рис. 2. Академик А. М. Прохоров демонстрирует первый мазер РВИАН, 1999 т ) тот метод был применен американским физиком Николасом Бломбергеном в предлоенном нч трехуровневом парамагнитноч усилителе непрерывного действия. Разработка зантовых парамагнитных усилителей стала реальной после предложения А. М. Прохоро 1 в 1957 году использовать в них монокристалл рубина. В парамагнитных усилителях на тбине впервые был получен неведомый для классической электроники уровень собс~ :«ных шумов.
Областями применения квантовых парамагнитных усилителей явил"сь здноастрономня, радиолокация космических объектов, связь и телевидение через искус венные спутники Земли. аким образом, к шестидесятым годам в радиодиапазоне физики обладали всеми элемен ~чи квантовых генераторов'. активной н трехуровневой средой, объемным резонатором' стодами получения инверсной населенности. ервые успехи в создании мазеров поставили на повестку дня вопрос о движении в ст стозну более коротких длин волн. И проблема перехода от радиоволн к инфракрасному: а тем и видимому диапазону решалась уже не радиометодами, а методачи только ' что )лившейся квантовой электроники. ажно отметить, что прн продвижении по шкале электромагнитных волн в сторону " ко>тяня волн существенную трудность представляет вопрос о резонаторах.
В раднодиа" апа- зоне резонаторами служили колебательные контуры, размеры которых были намного меньше длины волны, а в СВг)-диапазоне размеры резонатора были уже сравнимы с длиной волны. В оптическом диапазоне такие резонаторы вообще невозможно было изготовить. Поэтому был выбран путь создания резонаторов, размеры которых были намного больше длины волны — так называемых открытых резонаторов. 'Зто, прежде всего, известный в оптике гтгггерферолгев~р Фпбргг-Перо.
Именно радиофизический подход позволил использова~ь эту конструкцию в качестве резонатора для лазеров. Впервые резонатор открытого типа был предложен А. М. Прохоровым в 1958 году. Кваггтовая электроника ьак наука родилась именно в тот момент, когда возбужденная квантовая система была помещена в резонатор. И это сделал американский физик Теодор Гарольд Мейман (рис. 3, а). В авг.усте 196тб года ему удалось получить на рубине генерацию в оптическом диапазоне волн. Им был создан первый лазер, работающий на рубине (рис. 3, б). Он также обнаружил и проанализировал два характерных явления, свидетельствующих о возникновении генерации путем индуцированного излучения: сокращение времени жизни возбужденного уровня в трехуровневой системе и резкое сужение линии излучения.
Именно Т. Г. Мейман предложил термин.тизер (1)б)зг Ашрйбсабоп ббптгг)агеб ГшВыоп о) Каг))абоп. усилитель светового излучения за счет индуцированного излучения). б) Рис. 3. Изобретатель рубинового лазера Т г Ыейман 1а) н первый рубиновый лазер 16) Дальнейшие исследования выявили все основные особенности излучения лазера, а именно; возрастание интенсивности линии, пнчковую структуру импульса, временную и пространственную когерентности, поляризацию, высокую спектральную яркость и направ- ленность излучения. Основным лостоинстаом твердотельных лазеров явилась возможность получения с помощью больших значений н мощное~и в импульсе. Этот факт поагужил толчком к созданию установок для обработки различных материалов.
уже в 1963 году были начаты работы по созданию лазерной технологической установки и с ее помощью проводились поиски и исследования в области технологии разлзерной обработки, закалки, сварки различных материалов. Одновременно проводились поисковые работы по использованию твердотельных лазеров в масс-спектрометрии, системах оптической локации, сверхбыстрой пе- редачи информации, медицине. На основе успехов в области твердотельных лазеров быстро развилась новая отрасль оп- тики — нелинейная оптика. Исследования возможности получения инверсной населенности в газах параллельно проводились в ФИА11е н в лабораториях ряда американских фирм. Николай Геннальевич >ь)8 Часть!О. Квантовая и оптическая электроника ;асов и Олег Николаевич Крохин провели теоретический анализ возможности создани„ ,остояния отрицательной температуры в газовом разряде путем столкновений второг~ юда в смеси ~азов.
В конце 60-х годов американские физики Али Джаван и Уилард Кар >исси Беннет сообшилп о получении непрерывной генерации на сконструированном им„ елий-неоновом лазере на пяти длинах волн в инфракрасном диапаюне электромагнитноо спектра. утопично работы газового лазера от рубинового заключается, прежде всего. в методе соз. шния инверсной населенности и накачке активного вещества. Отмечались высокая ста)ильность излучения первого газового лазера, временная и пространственная когерентно,ти Уже год спустя была получена генерация на десяти различных газовых смесях при зерно на сорока различных оптических переходах, перекрывающих видимую оптическую ~ инфракрасную части спектра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
