.

Атомная и молекулярная физика

Но явление индуцированного излучения само по себе еще не дает возможности ни управлять процессом излучения, ни тем более получать мощный когерентный свет. Дело в том, что существует два типа индуцированных переходов — с испусканием и поглощением фотонов. В обычных, равновесных условиях возбужденных атомов всегда меньше, чем невозбужденных, и поглощение фотонов в веществе превалирует над  индуцированным   излучением.

Но уже в тридцатые годы появились идеи, позволяющие как будто радикально изменить ситуацию путем создания неравновесного распределения атомов по возбужденным состояниям — в одном из возбужденных состояний атомов должно быть больше, чем на более низких уровнях. Такую ситуацию называют сейчас инверсной заселенностью уровней, и именно она используется в лазерах.

Нередко приходится слышать вопрос: почему лазеры были созданы только в начале 50-х годов, в то время как теоретический фундамент для них существовал уже в 20—30-х годах? В литературе высказывались различные ответы на этот вопрос, один из них состоит в следующем.

В сороковых годах самым популярным направлением физических исследований была ядерная физика, именно здесь работали наиболее талантливые и активные исследователи. Атомная и молекулярная физика, оптическая физика занимали в определенном смысле второстепенное положение, от них, видимо, не ждали новых фундаментальных результатов. Может быть, именно потому лазерная физика начиналась не от оптики, а от радиофизики, которая тоже числилась, конечно, вполне заслуженно, в числе особо популярных областей науки. В радиодиапазоне отчетливо наблюдалось предсказанное Эйнштейном индуцированное квантовое излучение молекул, и именно бурное развитие радиолокации, радиотехники сверхвысоких частот, а затем радиоспектроскопии, которая изучает взаимодействие радиоизлучения с атомами и молекулами, создало предпосылки, и в частности экспериментальную базу, для рождения квантовой электроники. В ходе радиоспектроскопических исследований в 1954 году были созданы квантовые генераторы радиоизлучения — мазеры. Создатели их — советские физики академики Н. Г. Басов и А. М. Прохоров и американский физик Ч. Тауис — спустя 10 лет были удостоены за эти основополагающие работы Нобелевской премии.

Несколько позже в попытках расширить мазерный принцип излучения на более коротковолновую область были созданы квантовые генераторы света — лазеры. По своему устройству лазеры гораздо проще мазеров, и сейчас кажется удивительным, что науке пришлось сделать такой зигзаг на  пути к когерентному    источнику  света.

 Но в то же время движение к этой щечной цели было неотвратимым — плен лазера были развиты главным образом сановит создателями мазера и сотрудниками их лабораторий. Так же, впрочем, как было неотвратимым, хотя и не быстрым и тоже не очень-то прямолинейным продвижение  эйнштейновских представлений о реальности квантов и об индуцированном излучении к зарождению квантовой электроники. Высокая мощность лазерного излучении, достигнутая ныне, высокая его направленность и монохроматичность, возможность формировать короткие лазерные импульсы и перестраивать частоту излучения — все это позволяет исключительно гибко работать с когерентным светом, применять его для самых разнообразных целей. По существу, с рождением квантовой электроники мы впервые получили возможность по своему выбору преобразовывать. и концентрировать в пространстве, во времени и в нужном участке спектра световую энергию, причем в значительно большей степени, чем до этого удавалось делать с электромагнитной энергией. По-видимому, нынешний период освоения оптического диапазона логически следует за открытием и освоением электрической энергии, и сейчас даже трудно предсказать все те новые возможности, которые такой «прирученный свет» откроет перед человечеством.

Отправить комментарий

Другие статьи рубрики "Наука"