История лазера. Научное издание
Шрифт:
Артур Шавлов родился РІ Маунт Верной (РќСЊСЋ-Йорк, РЎРЁРђ) 5 мая 1921 Рі. Сначала РѕРЅ хотел стать радиоинженером, РЅРѕ после окончания школы ему было всего лишь 16 лет, Р° РІ Канаде, РіРґРµ РѕРЅ жил РІ то время, РІ университет принимали СЃ 17 лет. РљСЂРѕРјРµ того, его семья РЅРµ могла поддержать его. Р’ конце концов РѕРЅ сумел получить стипендию для занятий РїРѕ физике Рё математике Рё СЃРјРѕРі учиться РІ университете Торонто, окончив его РІ 1941 Рі. Его увлекала исследовательская работа Рё РІ 1949 Рі. РѕРЅ получил РІ этом университете степень доктора. Р—Р° несколько месяцев РґРѕ этого РІ Оттаве РїСЂРѕС…РѕРґРёР» Конгресс Канадской Ассоциации Физиков, РІ котором РїСЂРёРЅСЏР» участие Р. Раби, рассказав РѕР± удивительных открытиях Виллиса Лэмба Рё Поликарпа Куша, Р·Р° которые РѕРЅРё получили Нобелевскую премию. Молодой Шавлов загорелся Рё старался
В то время там работали не менее восьми будущих лауреатов Нобелевской премии: ядерный физик Хидеки Юкава (1907-1981), который получил Нобелевскую премию, спустя несколько месяцев после появления Шавлова, за предсказание существования мезона, элементарной частицы, необходимой для объяснения взаимодействия протонов и нейтронов в атомных ядрах; сын Бора Ог (г. р. 1922) который стал лауреатом в 1975 г. вместе с Моттельсоном и Рейнвотером за изучение атомных ядер; Раби, Таунс, Куш, Лэмб, о которых уже говорилось.
Шавлов был очень взволнован Рё постарался получить финансирование РЅР° 19491950 РіРі. Р’ следующем РіРѕРґСѓ РѕРЅ остался РІ Колумбийском университете как научный сотрудник. Шавлов Рё Таунс стали РґСЂСѓР·СЊСЏРјРё Рё часто вместе обедали РІ профессорском клубе факультета. Р’ течение этого периода Шавлов познакомился СЃ младшей сестрой Таунса Рё женился РЅР° ней. После женитьбы РѕРЅ РЅРµ РјРѕРі работать СЃ Таунсом (правила университета запрещали семейственность) Рё должен был найти работу. Его жена хотела оставаться вблизи РќСЊСЋ-Йорка, РіРґРµ РѕРЅР° обучалась пению. Поэтому Шавлов поступил РІ 1951 Рі. РІ Bell Labs. Там работал Джон Бардин (1908-1991), РѕРґРёРЅ РёР· изобретателей транзистора Рё дважды лауреат Нобелевской премии РїРѕ физике. РћРґРЅСѓ РѕРЅ получил РІ 1956 Рі. СЃ РЈ. Шокли Рё РЈ. Браттейном Р·Р° РёС… исследования полупроводников Рё открытие эффекта транзистора. Вторую РѕРЅ получил РІ 1972 Рі. СЃ Р›. Купером Рё Дж. Шриффером Р·Р° РёС… совместную разработку теории сверхпроводимости. Бардин РїСЂРѕРІРѕРґРёР» исследования РїРѕ сверхпроводимости Рё ему нужен был помощник. РЈ Шавлова РЅРµ было опыта работы СЃ РЅРёР·РєРёРјРё температурами Рё СЃ полупроводниками, тем РЅРµ менее, РѕРЅ согласился. РќРѕ, РєРѕРіРґР° РѕРЅ появился РІ Bell Labs, Бардин решил перейти РІ университет Рллинойса, Рё Шавлов остался РѕРґРёРЅ РЅР° РѕРґРёРЅ СЃ тематикой, Рѕ которой РѕРЅ знал немного. Р’ это время РѕРЅ также писал СЃ Таунсом РєРЅРёРіСѓ РїРѕ микроволновой спектроскопии Рё РїСЂРѕРІРѕРґРёР» почти каждую субботу РІ Колумбийском университете.
После изобретения лазера Шавлов переехал в Стэнфордский университет (Калифорния, США) профессором физики. Одна из причин была в том, что старший из его трех детей был аутизматиком, а лучшие институты по аутизму были в Калифорнии. В Стэнфорде он разработал много новых спектроскопических методик, основанных на использовании лазеров, в частности для высокого спектрального разрешения и прецизионной точности. Вместе с Теодором Хэншем, который в 1970 г. поступил в его лабораторию, он разработал новые методики для лазерной спектроскопии и предложил охлаждать атомарный газ с помощью лазерного излучения. За свои заслуги в области лазерной спектроскопии он был награжден в 1981 г. Нобелевской премией по физике вместе с Н. Бломбергеном и К. Сигбаном.
Шавлов обладал хорошим чувством юмора и комедийным талантом. Одна из его шуток заключалась в следующем. Он вытаскивал свой знаменитый красный игрушечный пистолет, в котором был установлен маленький рубиновый лазер. Затем он шумно начинал надувать большой прозрачный шар, внутри которого также надувался голубой шарик с большими ушами Микки Мауса. Там мышь,
В сентябре 1957 г. Таунс написал проект с общей идеей, согласно которой, впервые могла бы быть работа мазера на оптических частотах, т.е. так называемого оптического мазера. Он мог быть состоять из системы, в которой активная среда облучалась излучением подходящей длины волны (этот метод называется оптической накачкой). Она помещалась в полость, имеющей форму коробки с размерами около 1 см, т.е. много большими, чем длина волны света (~ 0,5 мкм). . Часть стенок удалялась, так, чтобы свет накачки мог попадать на активную среду, а другие серебрились, чтобы иметь высокий коэффициент отражения. Таунс уже видел недостатки своего устройства, но полагал, что оно способно работать. Активным веществом предполагался газ, и он первоначально думал о парах таллия, которые предполагалось освещать подходящим источником света.
14 сентября Таунс попросил аспиранта из Колумбии, Дж. Джормейна, расписаться в записной книжке, в которой описывался световой резонатор. Он состоял из стеклянного ящика с четырьмя отражающими стенками. Для возбуждения газа таллия внутри полости использовалась талливая спектральная лампа. Подпись требовалась для подтверждения приоритета изобретения.
В октябре того же года Таунс посетил Bell Labs, где он помогал в работе над мазерами, и встретился с Шавловым, которому изложил свои попытки сконструировать инфракрасный или оптический мазер. Шавлов заинтересовался, и Таунс пообещал дать ему копию своих записей. Они договорились сотрудничать. Шавлов предложил убрать все стенки резонатора, оставив только две, которые образуют интерферометр ФабриПеро. Будучи студентом в Торонто он использовал этот интерферометр для изучения сверхтонкой структуры атомных спектров. Позднее Шавлов писал: Я сразу вспомнил о интерферометре ФабриПеро, с которым имел дело. Я понимал, даже не рассматривая подробно теорию его действия, что он является, в некотором роде, резонатором, поскольку пропускает одни длины волн и не пропускает другие.
В заметках, которые Таунс дал Шавлову, он выполнил расчеты возбуждения атомов таллия ультрафиолетовым светом таллиевой лампой. Такие лампы использовались в лаборатории Курша в Колумбийском университете, для оптического возбуждения атомов таллия в экспериментах по резонансным явлениям в атомных пучках. Между 25 и 28 октября Таунс обсуждал с Гордоном Голдом, студентом Куша, который работал с атомными пучками и использовал талливые лампы, какую мощность можно получить с их помощью.
Шавлов быстро показал, что таллий не годится в схеме Таунса, и начал поиск других материалов. В итоге они выбрали калий по простой причине его линии лежат в видимой области, которые Шавлов мог измерять своим спектрометром. Он получил его для своей работы по полупроводникам, и это был единственный спектральный прибор, которым он располагал. Между тем Таунс рассчитал необходимое число возбужденных атомов и провел некоторые эксперименты. Затем они снова обратили внимание на резонатор. В конце концов, Шавлов понял, что выбор по длинам волн, мог бы быть сделан, если рассмотреть направления распространения различных длин волн в полости. Вместе с Таунсом они сообразили, что свет должен распространяться вдоль оси, перпендикулярной плоскости двух взаимно параллельных зеркал, а свет, распространяющийся под углами к этой оси, быстро теряется. На основе этих соображений они решили использовать в качестве резонатора систему ФабриПеро, и 29 января 1958 г. Таунс попросил другого аспиранта, С. Миллера, расписаться в книжке, где описывались эти соображения.