Кто изобрёл лазер?

Что же такое лазер?
Мы все настолько привыкли к слову ЛАЗЕР, что уже и не предполагаем, что это всего лишь аббревиатура. На самом же деле, слово "лазер" ("laser") составлено из начальных букв в английском словосочетании Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что в переводе на русский язык означает "усиление света с помощью стимулированного испускания излучения".

Кто же изобрел лазер?

Исторически считается, что лазер изобрели русские ученые Басов и Прохоров в 1958 году, за что и получили Нобелевскую премию в 1964 году, вместе с американцем Таунсом, чьи работы Прохоров использовал при разработке. Однако американцы же первыми изготовили рубиновый лазер и наладили серийный выпуск, это была фирма Хьюз Эйркрафт. А ещё ранее, в 1916 году Альберт Эйнштейн предсказывает саму возможность индуцирования внешним электромагнитным полем излучения атомов, на основе чего в дальнейшем и будут работать все лазеры.

Лазер сегодня
Изобретение лазера относится к одному из самых значительных открытий ХХ века. И оно, конечно, сильно повлияло на мир. Сейчас нет ни одной области, в которой бы не применялся лазер. В настоящее время области применения лазеров расширяются с каждым днем. После первого промышленного использования лазеров для получения отверстий в рубинах для часов эти устройства успешно применяются в самых различных областях, при этом используются различные типы лазеров.

Принято все лазерные системы делить на три основные группы: твердотельные лазеры, газовые и полупроводниковые лазеры. Некоторое время назад появились такие системы, как перестраиваемые лазеры на красителях, твердотельные лазеры на активированных стеклах.

Особое место среди этих систем занимает СО2–лазер, относящийся к группе газовых лазеров. Эти типы лазеров способны выдавать мощность от нескольких ватт, до десятка киловатт. Так как для этих лазеров требуется такие широко применяемые газы, как Не, Ar и СО2, они нашли массовое применение в промышленности. И хотя КПД этих лазеров не высокое, 5-10% этого вполне достаточно, чтобы такие типы обработки, как лазерная резка, сварка и термообработка были конкурентоспособными.

Технология лазерной резки
Наиболее развитым из представленных процессов, на сегодняшний день является лазерная резка. По сравнению с другими методами резки: кислородная, плазменная и др. лазерная резка обладает значительными преимуществами, такими как: высокая скорость и точность резки.

Однако сам технологический процесс не так прост, как казалось бы должно быть. Луч с помощью систем зеркал или оптоволокна подают строго вертикально по отношению к обрабатываемой поверхности и фокусируют с помощью линзы. Попадая на поверхность изделия луч мгновенно доводит материал до температуры плавления и выше. Для обеспечения качественного процесса необходимо выдувать расплавленный материал иначе процесс резки превратится в сварку. Обычно для этого используют кислород, азот и другие газы, которые через специальное сопло выдувают в место действия фокального пятна. Сопло диаметром не более 1,5мм в процессе движения геометрически должно находиться в одном месте, для чего необходима специальная система, которая бы контролировала и давление, и необходимый зазор между поверхностью детали и соплом. Устройство, которое непосредственно включает в себя систему фокусировки и систему слежения называют режущей головкой (cutting head).

В итоге, для того чтобы обеспечивать резку деталей по необходимому контуру нужна трёхкоординатная система ХYZ, где перемещение режущей головки по двум осям XY идёт по заданному контуру (по программе), а третья координата Z автоматически отслеживает расстояние до поверхности или же настраивается вручную оператором. Наиболее распространённая системами считаются координатные столы портального типа с «летающей оптикой».

Сегодня различные типы лазеров используются во многих отраслях науки, техники, на производстве и в медицине. Даже в повседневной жизни мы все чаще встречаем эти электронные приборы. Однако всего лишь каких-то 50-60 лет назад о лазере мало кто знал, да и самого прибора, по сути, еще не существовало – были лишь обособленные разработки в этой области и неиссякаемый энтузиазм некоторых ученых. Именно эти ученые из России, США и других стран собственно и стояли у истоков история лазера, о которой пойдет речь в этой статье.

Но до появления первого функционирующего лазера была еще достаточно длинная история различных открытий и изобретений, которые в последствие и легли в основу изобретения этого прибора. И так, обо всем по порядку.

В 1900 году один из талантливейших умов нашей планеты – немецкий ученый Макс Планк открывает элементарную порцию энергии – квант и теоретически описывает связь энергии кванта с частотой электромагнитного излучения, вызвавшей его появление. Спустя 8 лет в 1918 году за свое открытие он получает Нобелевскую премию. Кстати примерно в это же время другой выдающийся ученый Альберт Эйнштейн открывает наименьшую элементарную частицу света – фотон и доказывает теорию дискретности света.

В 1917 году Эйнштейн формулирует теорию «Вынужденного излучения», которая описывает возможность создания условий, при которых электроны одновременно излучают свет одной длины волны. То есть, по сути, он описал теоретическую возможность создания некоего управляемого электромагнитного излучателя, названного впоследствии лазером.

Только через 34 года идея Эйнштейна из теории начала превращаться в реальность. В 1951 году профессор Колумбийского университета Чарльз Таунс решается использовать теорию «вынужденного излучения» для создания реального действующего прибора. В 1954 году он со своими единомышленниками Гербертом Цайгером и Джеймсом гордоном на практике реализует свой замысел, представив на суд общественности – первый в мире реально работающий лазер. Правда, тогда он назывался «мазер». Прибор генерировал очень тонкий луч света на частоте 100 Гц мощностью 10 нВт. Конечно же, по сегодняшним меркам это немного, но тогда это был настоящий прорыв в оптоэлектронике .

Спустя год в 1955 году советские ученые Александр Прохоров и Николай Басов из Института физики Академии наук CCCP совершенствуют конструкцию мазера, изменяя метод накачки электронов. В 1964 году они вместе с Таунсом получают за свои открытия Нобелевскую премию. В 1956 году американский ученый Николас Блумберген из Гарвардского университета разрабатывает твердотельный мазер. До этого существовали только газовые.

Что касается самого названия, то впервые термин «лазер» упоминает в своих научных работах выпускник Колумбийского университета и коллега по научным изысканиям Чарльза Таунса – Гордон Гуд. Это произошло в 1957 году . Почему такое изменение? Дело в том, что первые мазеры работали не в оптическом диапазоне и были невидимы для человеческого глаза. Таунс же разработал конструкцию оптического светогенерирующего прибора, а Гуд ввел понятие «лазер» и нотариально заверил право первого, кто описал принцип работы этого прибора.

В 1960 году американский физик Теодор Мейнман создает первый в мире лазер, который работает на кристалле драгоценного камня – рубине. Позже этот тип лазеров стали называть «рубиновыми» и они достаточно долгое время были самыми широко распространенными. Чуть позже в этом же году в ноябре месяце компания IBM представила свой твердотельный лазер, использующий технологию 4-уровневой накачки.

Первое коммерческое использование лазера произошло в 1961 году . Тогда на рынке работало уже несколько компаний, разрабатывающих и производящих подобные оптические приборы. В 1962 году был впервые использован рубиновый лазер. С его помощью сваривались швы на корпусе наручных часов.

Первый полупроводниковый лазер был создан в 1962 году в компании General Electric. Его разработчиком стал инженер Ник Холоньяк. Сейчас лазеры этого типа широко используются в бытовой электронике: CD-проигрывателях и DVD-плеерах.

Вот такая вот история!

Создание лазеров - совершило революцию в науке и технике. За два десятилетия после их возникновения формировались новые фундаментальные и прикладные направления физической оптики - оптическая квантовая электроника и нелинейная оптика. В настоящее время невозможно представить ни современные фундаментальные исследования, ни решение технических и технологических задач без использования лазеров.

Лазеры - это генераторы и усилители когерентного излучения в оптическом диапазоне, действие которых основано на индуцированном (вызванном полем световой волны) излучении квантовых систем - атомов, ионов, молекул, находящихся в состояниях, существенно отличных от термодинамического равновесия. Лазеры, как и мазеры, генераторы и усилители СВЧ диапазона, называют ещё квантовыми генераторами (усилителями), поскольку поведение участвующих в их работе частиц описывается законами квантовой механики. Принципиальным отличием лазеров от всех других источников света (тепловых, газоразрядных и др.), представляющих собой по сути дела источники оптического шума, является высокая степень когерентности лазерного излучения. С созданием лазеров в оптическом диапазоне появились источники излучения, аналогичные привычным в радиодиапазоне генераторам когерентных сигналов, способные успешно использоваться для целей связи и передачи информации, а по многим своим свойствам - направленности излучения, полосе передаваемых частот, низкому уровню шумов, концентрации энергии во времени и т.д. - превосходящие классические устройства радиодиапазона.

Слово "лазер" составлено из начальных букв в английском словосочетании Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что в переводе на русский язык означает: усиление света посредством вынужденного испускания. Таким образом, в самом термине лазер отражена так фундаментальная роль процессов вынужденного испускания, которую они играют в генераторах и усилителях когерентного света. Поэтому историю создания лазера следует начинать с 1917 г., когда Альберт Эйнштейн впервые ввел представление о вынужденном испускании.

Это был первый шаг на пути к лазеру. Следующий шаг сделал советский физик В. А. Фабрикант, указавший в 1939 г. на возможность использования вынужденного испускания для усиления электромагнитного излучения при его прохождении через вещество. Идея, высказанная В. А. Фабрикантом, предполагала использование микросистем с инверсной заселённостью уровней. Позднее, после окончания Великой Отечественной войны В. А. Фабрикант вернулся к этой идее и на основе своих исследований подал в 1951 г. заявку на изобретения способа усиления излучения при помощи вынужденного испускания. На эту заявку было выдано свидетельство, в котором под рубрикой "Предмет изобретения" было написано: "Способ усиления электромагнитных излучений (ультрафиолетового, видимого, инфракрасного и радиодиапазонов волн), отличающейся тем, что усиливаемое излучение пропускают через среду, в которой с помощью вспомогательного излучения или другим путём создают избыточною по сравнению с равновесной концентрацию атомов, других частиц или их систем на верхних энергетических уровнях, соответствующих возбуждённым состояниями".

Первоначально этот способ усиления излучения оказался реализованным в радиодиапазоне, а точнее в диапазоне сверхвысоких частот. В мае 1952 г. на Общесоюзной конференции по радиоспектроскопии советские физики Н. Г. Басов и А. М. Прохоров сделали доклад о принципиальной возможности создания усилителя излучения в СВЧ диапазоне. Они назвали его "молекулярным генератором". Практически одновременно предложение об использовании вынужденного испускания для усиления и генерирования миллиметровых волн было высказано в Колумбийском университете в США американским физиком Ч. Таунсом.

В 1954 г. молекулярный генератор, названный вскоре мазером, стал реальностью. Он был разработан и создан независимо и одновременно в двух точках земного шара - в Физическом институте имени П. Н. Лебедева Академии наук СССР и в Колумбийском Университете в США.

Впоследствии от термина "мазер" и произошёл термин "лазер" в результате замены буквы "М" (начальная буква слова Microwave - микроволновой) буквой "L" (начальная буква слова Light - свет). В основе работы, как мазера, так и лазера лежит один и тот же принцип - принцип, сформулированный. В. А. Фабрикантом. Появление мазера означало, что родилось новое направление в науке и технике. Вначале его называли квантовой радиофизикой, а позднее стали называть квантовой электроникой.

В 1955 г. Н. Г. Басов и А. М. Прохоров обосновали применение метода оптической накачки для создания инверсной заселённости уровней. В 1957 г. Н. Г. Басов выдвинул идею использования полупроводников для создания квантовых генераторов; при этом он предложил использовать в качестве резонатора специально обработанные поверхности самого образца. В том же году В. А. Фабрикант и Ф. А. Бутаева наблюдали эффект оптического квантового усиления в опытах с электрическим разрядом в смеси паров ртути и небольших количествах водорода и гелия. В 1958 г. А. М. Прохоров и независимо от него американский физик Ч. Таунс теоретически обосновали возможность применения явления вынужденного испускания в оптическом диапазоне; он выдвинули идею применения в оптическом диапазоне не объёмных, а открытых резонаторов. Заметим, что конструктивно открытый резонатор отличается от объёмного тем, что убраны боковые проводящие стенки и линейные размеры резонатора выбраны большими по сравнению с длинной волны излучения.

Таким образом, интенсивные теоретические и экспериментальные исследования в СССР и США вплотную подвели учёных в самом конце 50-х годов к созданию лазера. Успех выпал на долю американского физика Т. Меймана. В 1960 г. в двух научных журналах появилось его сообщение о том, что ему удалось получить на рубине генерацию излучения в оптическом диапазоне. Так мир узнал о рождении первого "оптического мазера" - лазера на рубине. Первый образец лазера выглядел достаточно скромно: маленький рубиновый кубик (1x1x1 см), две противоположные грани которого, имели серебряное покрытие (эти грани играли роль зеркала резонатора), периодически облучались зелёным светом от лампы-вспышки высокой мощности, которая змеёй охватывала рубиновый кубик. Генерируемое излучение в виде красных световых импульсов испускалось через небольшое отверстие в одной из посеребрённых граней кубика.

В том же 1960 г. американскими физиками А. Джавану, В. Беннету, Э. Эрриоту удалось получить генерацию оптического излучения в электрическом разряде в смеси гелия и неона. Так родился первый газовый лазер, появление которого было фактически подготовлено экспериментальными исследованиями В. А. Фабриканта и Ф. А. Бутаевой, выполненными в 1957 г.

Начиная с 1961 г., лазеры разных типов (твердотельные и газовые) занимают прочное место в оптических лабораториях. Осваиваются новые активные среды, разрабатывается и совершенствуется технология изготовления лазеров. В 1962-1963 гг. в СССР и США одновременно создаются первые полупроводниковые лазеры.

09.05.2018

Сегодня мы живем в мире достижений технологий, квантовой физики и лазерной электроники. Они окружают нас даже в быту и давно стали обыденностью, а ведь когда-то такое изобретение как лазер, совершило целую революцию.

Термин лазер является аббревиатурой, которая расшифровывается, как «усиление света в результате вынужденного излучения». Сам по себе он представляет некое устройство, которое преобразует энергию накачки в энергию излучения.

Изобретение лазера

К истории возникновения лазера имеют отношение несколько ученых. В первую очередь, это Альберт Эйнштейн, озвучивший в 1918 году предположение о наличии вынужденного излучения, которая является физической базой работы всех лазеров.

Впервые существование вынужденного излучения было экспериментально подтверждено в 1928 году учеными Р. Ладенбургом и Г. Копферманном.

Первым, кто в действительности изобрел рабочий лазер, считается Теодор Майман. Это случилось 16 мая 1960 года в США. До этого времени разные ученые пытались создать действующий лазер, но их попытки не увенчались успехом. Для создания излучения ученый использовал искусственный рубин, импульсную лампу и резонатор. Майман назвал свое изобретение «рубиновым лазером» из-за получившегося оттенка.

Применение лазеров

Являясь одним из важнейших изобретений прошлого столетия, лазер нашел свое применение в самых различных направлениях человеческой деятельности. Вот лишь некоторые примеры.

Огромную роль лазеры играют в совершенствовании вооружения. Это касается создания лазерного оружия , лазерного прицела, лазерного наведения, систем обнаружения снайперов, создание помех для них, введение противника в заблуждение, дальномеры.

В информационных технологиях лазеры используют для хранения данных на дисках, оптической связи и оптических, в лазерной печати и голографии.

В промышленности манипуляции с лазерами используются для повышения срока эксплуатации изделий, увеличения пластичности материала, улучшения качества поверхностей и многом другом.

Очень важным событием стало появление лазеров для медицины, а в особенности для хирургии. Здесь он служит замечательной альтернативой скальпелю, так как минимизирует кровопотери при операции. Помимо хирургии, лазеры широко используются в офтальмологии и медицине красоты. Появление лазера для медицины. можно сравнить с появлением или.

Изобретение лазерного диска

Лазерный диск представляет собой диск с записанными звуками и изображениями, воспроизводимыми при помощи лазера. Является аналогом компакт-диска.

Самый первый лазерный диск был изобретен Джоном Бейердом в 1928 году, когда он создал Phonodisc. Это был 2,5-дюймовый диск, делавший 78 оборотов за 60 секунд, как и подобные ему диски в то время. Однако, это изобретение не имело коммерческого успеха.

В 1970-х годах, в продаже появились видео-диски, которые были выпущены такими гигантами, как Philips и Sony. Они стали популярны в Азии, но широкого распространения лазерные диски на 2,5 дюйма никогда не получали. Это связано, прежде всего, с необходимостью покупки недешевого оборудования и невозможностью перезаписи их содержимого. Через некоторое время появились знакомые нам компакт диски (CD-ROM), которые вытеснили другие аналоги своей ценой.

100 великих событий ХХ века Непомнящий Николай Николаевич

1960 Изобретение лазера

Изобретение лазера

Когда-то мир жил без лазеров. Это сейчас достижения квантовой физики, лазерной электроники, компьютерные технологии являются неотъемлемыми составляющими нашей жизни, применяются даже в быту. А у истоков глобальных перемен стояли выдающиеся физики XX века Н.Г. Басов, А.М. Прохоров и Ч. Таунс.

Слово «лазер» – это аббревиатура: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление света в результате вынужденного излучения). Лазеры являются принципиально новыми источниками света (а также излучения инфракрасного и ультрафиолетового диапазона), какого не существует в природе. Лазерное излучение когерентно, то есть строго упорядочено по фазе, поэтому его можно очень сильно фокусировать. Для освещения лазеры применять бессмысленно, а вот в измерительной технике, в линиях связи, в компьютерах (для считывания и записи информации на компакт-дисках), в медицине (операции на глазах), в технологическом оборудовании (гравирование, сварка, поверхностная закалка, сверление, резка труднообрабатываемых материалов) они нашли широчайшее применение. Дешевые полупроводниковые лазеры используются даже в детских игрушках.

Лазеры просты по конструкции: активный элемент помещен между двумя строго параллельными зеркалами. Одно из зеркал делают полупрозрачным – для выхода луча. Активный элемент «накачивают» энергией от внешнего источника, возбужденные атомы при соблюдении некоторых условий испускают фотоны согласованно, и лазер рождает почти нерасходящийся луч. Можно сказать, сбылась мечта инженера Гарина из книги Алексея Толстого.

Первыми (1960 г.) были созданы импульсные лазеры с выращенным кристаллом рубина в качестве активного элемента. «Накачка» происходила от газоразрядной лампы .

Советский физик Н.Г. Басов

Американский физик Чарльз Таунс

Сейчас разработано множество типов лазеров – газовые (на инертных газах, на углекислом газе), жидкостные (на красителях), твердотельные (на кристаллах и специальных стеклах), полупроводниковые. Лазерный луч можно получить даже от струи реактивного двигателя или ядерного взрыва.

В 1922 г. в городе Усмани Липецкой области, в профессорской семье Басовых родился мальчик, которого назвали Николаем. Едва закончив школу, он отправился на фронт Великой Отечественной. После демобилизации в декабре 45?го поступил в Московский механический институт (впоследствии – знаменитый МИФИ). Он понимал, что физика – его наука, несмотря на то, что родители прочили ему карьеру врача. И с 1948 года, наряду с учебой, Николай Басов начинает научную деятельность в лаборатории колебаний Физического института им. Лебедева АН СССР (ФИАН) под руководством профессора Прохорова. Первые его работы относятся к области радиоспектроскопических методов определения ядерных моментов.

Примерно в это же время в США известный ученый Чарльз Таунс, один из «отцов» квантовой физики, работал над тем же, над чем размышляли Прохоров и его подопечный Басов. Одновременно и независимо друг от друга Таунс и Басов с Прохоровым выдвинули и теоретически обосновали принципы усиления и генерации электромагнитных волн квантовыми системами с инверсной заселенностью. Эта теория позволила создать в 1955 г. принципиально новые источники электромагнитных волн микроволнового диапазона – квантовые генераторы, так называемые мазеры, и малошумящие квантовые усилители радиоволн диапазона СВЧ.

Это было одним из важнейших открытий XX века. В 1958 г. Прохоров предложил применять в квантовой электронике рубины и выдвинул идею открытых резонаторов. Эти идеи были использованы при создании источников когерентного света – лазеров. За открытие нового принципа генерации излучения и создание квантового генератора на пучке молекул аммиака в 1959 г. Басову и Прохорову была присуждена Ленинская премия. А исследования по полупроводниковым лазерам и вовсе предопределили интенсивное развитие физики и техники.

Значимость новой науки стала неоспоримой. Сегодня объем производства полупроводниковых лазеров различных типов составляет сотни миллионов штук в год, а стоимость излучателя зачастую не превышает одного доллара. За разработки в квантовой электронике, приведшие к созданию мазеров и лазеров, Прохоров, Басов и Таунс были удостоены в 1964 г. Нобелевской премии.

Басов, не останавливаясь на достигнутом, выдвинул казавшуюся в то время утопической идею лазерного подхода к проблеме управляемого термоядерного синтеза. И уже в 1968 г. он и его сотрудники зарегистрировали нейтроны, полученные лазерным облучением. Эти результаты, представленные Басовым на Международной конференции по квантовой электронике в США (1968 г.), создали почву для международного сотрудничества по лазерному термоядерному синтезу. Под руководством Басова была создана многоканальная лазерная установка «Кальмар», которая обеспечивала симметричное и одновременное импульсное облучение мишеней, содержащих термоядерное топливо. Важнейшим достоинством данного подхода была его полная безопасность.

Лазерные технологии были признаны очень перспективными, и с 1962 года Басов возглавляет разработку устройств квантовой электроники повышенной мощности, ориентированных на использование в обороне страны, в частности, для лазерного поражения воздушно-космических целей. На основе этих разработок ученые создали множество всевозможных типов лазеров – фотодиссоционных (йодных), эксимерных, электроионизационных, химических. Вместе с научным коллективом знаменитого секретного города Арзамас-16 Басов создает сверхмощные йодные лазеры взрывного типа.

Н.Г. Басов воспитал плеяду высокопрофессиональных, талантливых физиков, создал и возглавил Высшую школу физики при МИФИ и ФИАН. Перечень его регалий огромен: член Президиума РАН, длительное время директор ФИАН, председатель общества «Знание», главный редактор журналов «Квантовая электроника» и «Природа», дважды Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской, Нобелевской и Государственной премий, награжден пятью орденами Ленина и орденом Отечественной войны II степени, удостоен Золотой медали им. Ломоносова АН СССР. С 1966 года он – академик АН СССР (РАН), избран членом многих иностранных академий.

ИЗОБРЕТЕНИЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ В прошлые времена убийц-психопатов, погубивших множество людей, считали порождением нечистой силы и называли по-разному - демонами, дьяволами, монстрами. В конце 1800-х годов некий изобретательный журналист, пытавшийся определить сущность