История лазера. Научное издание
Шрифт:
Несмотря на изоляцию очень малому числу физиков разрешалось выезжать заграницу, российские ученые получали информацию об исследованиях в мире благодаря научным журналам. Басов, который для своей докторской диссертации активно работал в новой области квантовой радиофизики, как ее назвали в СССР(в США ее называли квантовой электроникой), как только прочел письмо Таунса, сообщающее о создании мазера, сразу же, спустя несколько месяцев, построил первый советский мазер.
Персональные контакты были позднее. Прохоров впервые встретился с Таунсом в Великобритании в 1955 г. на
Как мы можем видеть, в отличие от того, что происходило в США, ни Басов, ни Прохоров не были знакомы с радарами и не занимались его исследованиями. Они пришли к концепции мазера из спектроскопии, и с общим желанием создать новые источники в диапазоне сантиметровых волн, что, кстати говоря, было их главной целью, когда они изучали синхротронное излучение. В этом отношении для них очень полезной была традиция российской научной школы, согласно которой поддерживались новые идеи, не заботясь об их немедленной практической реализации.
РљРѕРіРґР° первый мазер был запущен РІ РњРѕСЃРєРІРµ, посетители СЃРѕ всего Советского РЎРѕСЋР·Р° приходили посмотреть РЅР° него, Рё РіСЂСѓРїРїР° построила три мазера для исследования РёС… частотной стабильности. Также был построен мазер СЃ РґРІСѓРјСЏ встречными пучками, что позволило получить стабильность РЅР° СѓСЂРѕРІРЅРµ 109. Рто было использовано для создания стандарта частоты, который СЃ некоторыми улучшениями использовался для долговременного измерения времени РІРѕ Всесоюзном научно-исследовательском институте физико-технических Рё радиотехнических измерений (Р’РќРРФТРР).
Трехуровневый мазер
Как мы увидим, мазер на молекулярном пучке, несмотря на его исключительные характеристики, не очень полезен для практических применений и, вероятно, если бы не разработки, которые мы опишем далее, изобретение Таунса, его сотрудников и других не вызвало бы большого внимания, за исключением научной области спектроскопии. Принципиальным недостатком аммиачного мазера, который ограничивает его применение, за исключением стандартов частоты, является то, что он испускает чрезвычайно узкую линию (на хорошо определенной частоте) и частоту этой линии нельзя изменять, т.е. настроить на другие частоты.
Простым СЃРїРѕСЃРѕР±РѕРј увеличить как полосу частот, которые РјРѕРіСѓС‚ усиливаться РІ устройстве, так Рё способность изменять центральную частоту РІ этой полосе (С‚.Рµ. производить настройку) является использование РґСЂСѓРіРѕРіРѕ материала. Рнтересным классом переходов представлялись переходы между магнитными СѓСЂРѕРІРЅСЏРјРё ферромагнитных Рё парамагнитных материалов. РњС‹ уже говорили, что энергетический уровень электрона РІ атоме расщепляется РЅР° РјРЅРѕРіРѕ подуровней, РєРѕРіРґР° атом помещается РІ магнитное поле (эффект Зеемана). Путем изменения напряженности внешнего магнитного поля, можно изменять интервал между РЅРёРјРё Рё, тем самым, осуществлять настройку. РџСЂРё использовании твердых тел вместо газов также может сильно увеличиться
Таунс провел свой академический отпуск за 1955/56 г. наполовину в Париже, наполовину в Токио. Когда он был в Парижской высшей нормальной школе (Ecole Normal Superieure) осенью 1955г., один из его бывших аспирантов, Арнольд Хониг, который теперь работал в области парамагнитного резонанса, сообщил ему, что ионы мышьяка в кристаллах кремния имеют при температуре жидкого гелия огромное время релаксации, достигающее 16 с. Таунс сразу же понял, что это обстоятельство позволяет этим ионам оставаться достаточно долго на верхнем уровне, что позволит извлечь энергию с помощью вынужденного излучения. Он предложил сделать эксперимент. Когда Таунс покидал Японию весной 1956 г., этот эксперимент еще не закончился, и соответствующее устройство еще не работало. Однако Таунс был уверен в правильности выбранного пути и вместе со своими парижскими коллегами опубликовал статью, в которой обсуждались возможности предлагаемой системы.
Примерно в это же время, но независимо от Таунса, физик из MIT, М. В. Стрэндберг (г. р. 1919) рассмотрел возможность создания мазера, используя твердотельные материалы вместо газа. Во время войны он работал с радарами, а позднее стал интересоваться радиоспектроскопией, включившись в начале 1950-х гг. в работу по парамагнитному резонансу. 17 мая 1956 г. он выступил на семинаре MIT по парамагнитному резонансу с некоторыми соображениями о преимуществах твердотельного мазера. Среди слушателей был молодой голландец Николаас Бломберген, профессор факультета Прикладной физики Гарвардского университета.
Бломберген родился в Дордрехте, Нидерланды, 11 марта 1920 г. Он учился в университете Утрехта и получил степень кандидата и доктора соответственно в 1941 г. и в 1943 г., во время немецкой оккупации Нидерландов. Затем он сбежал в США и поступил в Гарвардский университет буквально через шесть недель после того, как Парселл, Торрун и Паунд обнаружили ядерный магнитный резонанс. Они были заняты написанием нового тома для серии книг, посвященных микроволновой технике (массачуссетская серия), и молодой Бломберген был принят, как помощник, и его попросили заняться дальнейшей разработкой аппаратуры ЯМР. Таким образом, он стал изучать ядерный магнитный резонанс, одновременно посещая лекции Швингера (1918-1994), Ван Флека и других.
На короткое время он возвратился в Нидерланды после войны и провел исследования в 1947-1948 годах в лаборатории Камерлинг-Онеса. В 1948 г. получил докторскую степень от Лейденского университета за диссертацию по ядерному магнитному резонансу, которая впоследствии была опубликована в виде книги. Затем возвратился в Гарвард и присоединился к Парселлу и Паунду, вместе с которыми выполнил важные работы по магнитному резонансу, о которых речь шла выше. Его огромные достижения в области ядерного магнитного резонанса, мазеров и нелинейной оптики были отмечены присуждением в 1981 г. Нобелевской премии по физике (он разделил ее с Шавловым и Сигманом).