Басов Н.Г. и Прохоров А.М.

Лазер представляет собой устройство, которое преобразует электрическую, световую, тепловую, химическую и другие виды энергии в пучок когерентного света в результате процесса оптического усиления. Сейчас он используется во множестве сфер и является составляющей огромного количества приборов. Но до середины XX века это выглядело немыслимым. 

В фундаментальной науке «окололазерный» вопрос поднял Альберт Эйнштейн. В 1917 году вышла его статья «Квантовая теория излучения», где ученый вывел существование вынужденного излучения на основании общих принципов квантовой механики и термодинамики.
 


На тот момент статья не слишком заинтересовала научное сообщество, как это часто бывает с великими открытиями, но через несколько лет ученые вернулись к вопросу о вынужденном излучении. В 1927 году Поль Дирак обосновал и обобщил выводы Эйнштейна, и вскоре физики перешли от теории к практике. В 1928 году немецкий ученый Рудольф Ладенбург наблюдал вынужденное излучение, но оно было очень слабым, а до идеи усиления он не дошел.

В нашей стране над проблемой работали советские оптики Валентин Фабрикант и Фатима Бутаева, но их попытки усилить излучение не дали результата. А вот у радиофизиков получился правильный способ решения проблемы.

Как это нередко бывает, когда научное достижение уже назрело, но главный прорыв еще не совершен, к разгадке вынужденного излучения подобрались сразу несколько выдающихся ученых, в числе которых были Александр Прохоров и Николай Басов, работавшие на базе Физического института имени П. Н. Лебедева Академии наук СССР. Именно они пришли к идее создания квантового генератора когерентного излучения. 

Прохоров занимался изучением распространения радиоволн вдоль земной поверхности и в ионосфере, защитил кандидатскую по методам стабилизации частоты радиогенераторов. Потом увлекся микроволнами и микроволновками, а в какой-то момент решил переключиться на лазеры. Ученый дал своим подчиненным месяц на раздумья, каким образом можно кардинально перестроить работу, но не встретил должного отклика. Через месяц, получив от коллег формальные отписки, Прохоров просто взял молоток и разнес лабораторию, разбив все приборы. Скандал был грандиозным. После этого часть сотрудников уволились, а остальные подключились к работе над новым направлением. 

С Басовым Прохоров работал с 1948 года, причем, как шутили в институте, коллега достался ему чрезвычайно дорого. Для своей лаборатории Прохоров сконструировал экспериментальный прибор – синхротрон, который привлекал многих коллег. Ученый не соглашался отдать его для других исследователей и согласился расстаться с устройством только в обмен на еще одну штатную единицу в лаборатории – этой единицей стал Басов.

 удалось вывести принцип усиления электромагнитного излучения квантовыми системами. Кроме того, советские физики сконструировали первый в мире квантовый генератор и разработали схему создания инверсной населенности уровней. Именно их можно считать основоположниками нового направления в физике – квантовой электроники.

Физический принцип работы лазера, заключающийся в поглощении и испускании излучения молекулами, объяснил еще великий Альберт Эйнштейн в 1917 году. Однако в течение продолжительного времени оно существовало только в теории. Басов и Прохоров смогли перевести теорию в практику. Они обнаружили, что неоднородное магнитное поле усиливает это излучение, и добились увеличения количества атомов в излучении.

Ученые представили доклад о возможности создания квантового усилителя СВЧ-излучения, работающего на пучке молекул аммиака, на Общесоюзной конференции по радиоспектроскопии. 

В 1964 году ученых удостоили Нобелевской премии по физике. С этим событием связана интересная история. Накануне вручения высокой награды коллеги решили бросить жребий, кому из них произносить речь на торжественной церемонии. Выступать выпало Басову, и тот целую ночь готовился, набрасывая фразы для будущего выступления. А Прохоров был рад, что избавился от этой повинности, – изобретатель чувствовал себя куда комфортнее в своей лаборатории, чем на трибуне, и не любил публичных выступлений. 

Как признавался Прохоров, изобретение вызвало большой интерес у военных. Они рассчитывали, что ученым удастся создать мощное лазерное оружие, не имеющее никаких аналогов в мире. Одним из вариантов использования лазера была нейтрализация боеголовки – как предполагали военные, луч будет прожигать ее и уничтожать. Надежды на успех в этом направлении привели к тому, что исследования Басова и Прохорова щедро финансировались, хотя те ничего не могли обещать. Физики доказали, что лазерное оружие не слишком эффективно, поскольку воздействует избирательно. Прохорову удалось доказать, что при ударе лазера о металлическую поверхность появляется облако плазмы, которое отражает луч, и эффект поражения резко снижается. Таким образом, лазерную боеголовку легко защитить от такого воздействия. Другое дело, как отмечал ученый, использование лазера против электроники – в этом случае луч «ослепляет» ракету, что, по сути, равносильно ее уничтожению. Сейчас такие системы уже давно успешно применяются на практике.

Впоследствии Прохоров в большей степени стал интересоваться, пожалуй, самым мирным применением лазера – медицинским. Именно при его непосредственном участии были созданы первые в мире офтальмологические лазеры, с помощью которых в мире ежегодно делают тысячи операций, а также появились лазерные установки для хирургии и офтальмологии, лечения больных с туберкулезом легких и пациентов с онкозаболеваниями.

Что касается Басова, он стал изучать влияние лазерного излучения на скорость химических реакций и в конечном итоге выдвинул идею использования лазеров для управляемого термоядерного синтеза.

Сейчас, наверное, легче сказать, где лазер не используется, чем перечислить все сферы его применения. Сложно навскидку назвать другое изобретение, которое было бы настолько универсальным. 

⦁ Производство. Лазеры применяют для резки и сверления, гравировки, напыления и не только. С помощью лазера можно работать с очень тонкими материалами, не опасаясь повредить их, а также повысить качество и точность обработки. 

⦁ Медицина. Лазер применяется во время хирургических операций. Он менее травматичен, чем скальпель хирурга, поэтому такие операции являются более щадящими и пациенты гораздо быстрее восстанавливаются после такого вмешательства. Лазер широко используют в офтальмологии, стоматологии, дерматологии, онкологии, при лечении предстательной железы и не только. Он успешно применяется и в диагностических процедурах. 

⦁ Бьюти-индустрия. Лазерная эпиляция уже давно перестала быть ноу-хау. Помимо этого с помощью лазера удаляют татуировки или неудачный результат перманентного макияжа. 

⦁ Сфера коммуникаций. Благодаря лазеру поддерживается оптоволоконная и спутниковая связь. А это интернет, телевидение и другое. 

⦁ Бытовые нужды. Благодаря лазеру можно считывать штрих-коды в магазинах, хранить информацию на оптических накопителях, точно снимать размеры при строительных работах, сканировать и воспроизводить изображения и так далее. 

⦁ Военное применение. Лазер незаменим и в области военной техники. Лазерный прицел гораздо точнее и удобнее классического, а современные технологии позволяют сканировать объекты на расстоянии при помощи излучения. 

Скорее всего, в недалеком будущем мы увидим и новые возможности применения лазера, открытого советскими учеными Прохоровым и Басовым.