Американский рубин попал к советским физикам «по шпионской линии» — так об этом рассказывали сами участники. Подробностей они не раскрывали. Кристалл испытали в лазере и получили примерно те же результаты, что с отечественными образцами. Собственные рубины к этому времени тоже работали, хотя подходящий материал удалось найти далеко не сразу.
Кто и когда создал первый лазер
В начале лазерной истории встретились две научные специальности. Радиофизики изучали, как получать усиленное излучение от атомов и молекул, а специалисты по люминесценции знали, как вещества поглощают и испускают свет.
Николай Басов и Александр Прохоров занимались квантовыми генераторами. Первые такие устройства, мазеры, работали в микроволновом диапазоне. Следующей целью стал свет. В 1960 году американец Теодор Мейман построил действующий лазер на искусственном рубине. В ФИАНе Басов привлек к работе Михаила Галанина, Александра Леонтовича и Зою Чижикову из лаборатории люминесценции. Весной следующего года установка была собрана. Но наличие ламп, оптики и рубина еще не гарантировало появления лазерного излучения.
Кто создавал первый лазер в СССР: участники и их вклад
За пределами ФИАНа решали свою часть задачи: готовили кристаллы. Этой работой в отделе Александра Бебчука в специальном конструкторском бюро руководила Юлия Соловьева, незадолго до того окончившая физфак МГУ. Кристаллами она увлеклась еще школьницей. Прочитав книгу об их росте, вечерами готовила растворы и наблюдала, как в них появляются кристаллы. Теперь требовалось подобрать материал для прибора, подробностей устройства которого советским исследователям поначалу не хватало. Соловьева вспоминала, что в сентябре ее группа подготовила десять рубиновых элементов с разной концентрацией примеси и ориентацией кристалла. Их передали группе Галанина. Позднее Леонтович позвонил:
На четырех образцах удалось получить генерацию
Часть рубинов из другого учреждения не заработала. По воспоминаниям экспериментаторов, мешали неподходящее содержание хрома и плохое оптическое качество. Внешне похожие камни могли совершенно по-разному вести себя в установке.
Как рубин превращал вспышку лампы в лазерный луч
Рабочей примесью в рубине служат ионы хрома. Они поглощают энергию света и переходят в возбужденное состояние. В лазере кристалл освещают мощной вспышкой: такой способ передачи энергии называют оптической накачкой.
Дальше используется вынужденное излучение: подходящий фотон может вызвать испускание еще одного фотона возбужденным ионом. Новый фотон имеет ту же частоту и направление распространения, а его колебания согласованы с исходным. При достаточном числе возбужденных ионов свет усиливается.
Зеркала возвращают свет через кристалл, позволяя многократно набирать усиление. Часть излучения выходит наружу. Чтобы генерация началась, усиление должно перекрыть потери: например, рассеяние на дефектах кристалла. Поэтому качество рубина и обработки его поверхностей напрямую влияло на успех опыта.
Энергия луча поступает от внешнего источника, питающего лампы. Лазер позволяет собрать часть этой энергии в направленное излучение, которое можно сфокусировать на маленьком участке. Там поглощенный свет нагревает материал — при достаточной интенсивности вплоть до его разрушения.
Как советские физики прожигали стальные лезвия лазером
18 сентября 1961 года группа ФИАНа получила лазерную генерацию. Постепенно экспериментаторы добились энергии, которой хватало, чтобы прожигать стальные бритвенные лезвия сфокусированным лучом.
По воспоминаниям Леонтовича и Чижиковой, посмотреть на установку приходили коллеги и высокие гости. Однажды Басов привел Дмитрия Устинова — тогда заместителя председателя Совета министров СССР, будущего министра обороны. Ему продемонстрировали прожигание бритвы. Но с публикацией создатели прибора решили подождать. По воспоминаниям участников, Галанин хотел сначала выполнить с лазером научную работу. В 1962 году вышла статья группы о согласованности световых колебаний и направленности излучения рубинового генератора.
Что стало с создателями лазерной техники
В 1964 году Басов, Прохоров и американский физик Чарльз Таунс получили Нобелевскую премию за фундаментальные работы по квантовой электронике, приведшие к созданию мазеров и лазеров. Эта награда отмечала основы целого направления. Сборка конкретных приборов потребовала труда многих других физиков, инженеров и специалистов по кристаллам.
Соловьева продолжила работать с лазерными материалами, затем занималась оптическими приборами для космических комплексов. После выхода на пенсию переключилась на исторические исследования: к 2010 году написала и издала около сорока книг. А в начале этой карьеры спрос на рубины был таким, что ее коллектив выдавал кристаллы другим организациям буквально на день — показать работающий лазер.
Ранее Наука Mail рассказала о российской разработке, позволяющей усиливать несколько световых каналов в одном кристалле.