Ирина Радунская - Проклятые вопросы
Дальше начинались различия. В самом первом из лазеров свет исходил из кристалла рубина, который облучался ярким белым светом ламп-вспышек. Рабочим веществом второго лазера служила смесь неона и гелия, а возбуждение свечения вызывалось электрическим током, проходящим через эту газовую смесь, — то же фактически происходит в обычных неоновых трубках газосветной рекламы. Свет первого лазера испускался редкими короткими импульсами, второй светил непрерывно.
Последующее развитие лазеров первоначально пошло по пути поиска других кристаллов и других газов, способных к лазерной генерации света. Это, конечно, был наиболее очевидный, но далеко не единственный путь. Вскоре к кристаллам и газам присоединились стекло и полупроводники, затем жидкости (наиболее эффективными оказались растворы органических красителей). Это важнейший этап в жизни лазеров, и мы посвятим ему отдельную главу.
Возникли новые режимы работы лазеров, новые методы возбуждения. Для этой цели удалось применить электронные пучки, энергию ударных волн и быстрое охлаждение горячих газов, истекающих из специальных сопел. Лазеры «научились» испускать все более короткие импульсы света. Длительность их стала меньше, чем миллиардная доля секунды.
Все результаты появились как следствие естественного развития новой области науки. Однако уже первые шаги в этом направлении открыли возможности новых практических применений лазеров. Как только это было осознано и оценено, началась планомерная разработка специализированных лазеров, отвечающих конкретным запросам науки и техники. В свою очередь, появление новых лазеров открывало все новые пути их использования. Этот замкнутый процесс еще далеко не закончен.
Проблема лазерного термояда потребовала создания целых систем огромной мощности и очень большой энергии, излучающих лазерные импульсы с большой точностью в заданные моменты времени. Иначе невозможно одновременно — со многих сторон — поразить мишень из термоядерного горючего и сжать ее. Мощность, развиваемая таким лазером, превосходит мощность самой большой гидроэлектростанции. Но, конечно, вследствие ничтожно малой длительности лазерного импульса излучаемая энергия не очень велика, хотя она и превосходит энергию среднего орудийного выстрела.
Для промышленных целей — сверления и обработки поверхности рубинов, алмазов, твердых сплавов — применяются твердотельные лазеры (обычно на стекле) или лазеры на смеси углекислого газа с азотом и гелием.
Лазеры на стекле, окрашенном ионами редкоземельного элемента неодима, работают не только в промышленности, но и в медицине, где они помогают излечивать некоторые формы рака и служат хирургам в качестве инструмента для бескровных операций. Без них не обходятся дальномеры и оптические локаторы, они позволяют обнаруживать загрязнения в атмосфере и измерять скорость ветра и течения воды.
Лазеры на углекислом газе используют для сварки и резки металлов, для раскроя материи и кожи. Они также приносят пользу медикам и химикам, технологам и физикам.
Большая часть лазеров излучает свет с вполне определенной длиной волны, изменять которую удается только в очень узких пределах. Последующее развитие лазеров пошло в двух противоположных направлениях.
Одно из них — создание сверхстабильных лазеров, длина волны которых фиксирована с огромной точностью. Она известна и остается неизменной в пределах миллионной части от миллиардной доли своей величины. Это наибольшая точность, достигнутая в науке и технике.
Второе направление — разработка лазеров, длина волны которых может по желанию оператора изменяться в широких пределах и устанавливаться в точности на заданное значение. Для этой цели обычно применяются лазеры, рабочим веществом которых служат растворы красителей. Такие лазеры незаменимы для решения сложных задач разделения изотопов и для управления химическими реакциями. Лазерный метод позволяет более экономично, чем какой-либо другой, отделять один изотоп легких элементов от его двойников. Сейчас усилия многих ученых направлены на создание эффективного метода разделения изотопов урана, этого основного горючего для атомных электростанций. Лазер помогает химикам получать новые соединения, недоступные традиционным химическим методам. Ему покорились даже инертные газы. В течение долгого времени они оправдывали свое название, не вступая в химическое соединение с другими элементами. Сравнительно недавно ученым с помощью лазера удалось заставить их при известных условиях нарушить свою инертность. Полученные соединения были взяты в качестве рабочих веществ для новых лазеров, которые обещают стать весьма эффективными.
Квантовая электроника не только открывает новые возможности другим областям науки и техники, но и активно использует их новейшие достижения. Например, полупроводниковые лазеры, в которых первоначально применялись лишь соединения индия с сурьмой, теперь работают и на более сложных соединениях трех и четырех элементов, а также на элементах из кремния и германия высшей чистоты.
После появления лазеров было реализовано и одно из поразительных изобретений — голография. Мощные газовые и твердотельные лазеры позволяют зафиксировать и воспроизвести объемные изображения движущихся предметов. Записывать и анализировать разнообразную сложную информацию. Производить измерения различных величин, таких, как скорость и смещение, изменение температуры и давления, производить анализ состава крови и расшифровку текстов, решать множество других разнообразных научных и технических задач, каждая из которых вполне заслуживает отдельного подробного описания.
Итак, перед нами раскинулась и засверкала радуга возможностей, которые таятся в новой области науки — квантовой электронике.
СЕКРЕТ УСПЕХАМы узнали о решительной готовности лазерщиков перевести на принципиально новые рельсы развитие целых областей промышленности и техники. Покорение энергии ядерного синтеза даст неиссякаемые энергетические ресурсы. Осуществится давняя мечта человечества напоить водой пустыни, превратить районы вечной мерзлоты в сады, преодолеть космические дали…
Создание принципиально новой техники связи, оптической связи, вызовет революционные преобразования в культурной жизни общества, в сфере образования, в общении людей между собой.
Внедрение лазерной химии откроет путь к получению материалов, неизвестных природе, к созданию веществ с заранее намеченными свойствами.
И всю эту россыпь возможностей породило одно открытие, один скромный прибор, — молекулярный генератор, рожденный одновременно и совершенно независимо в Москве в ФИАНе и в Колумбийском университете в Нью-Йорке. Потомки этого маленького прибора принесли не только огромные перемены в промышленность, науку и технику. Они проиллюстрировали плодотворность научных исследований, возможность совершенно неожиданных открытий, таящихся в традиционных областях знания. Находки ученых пойдут на пользу следующим поколениям.
В этом смысле поучительна сама история создания молекулярных генераторов.
В нашей стране открытие Басова и Прохорова было воспринято как серьезное и требующее внимания и заботы. Молекулярный генератор сразу получил «зеленый свет» для дальнейшего совершенствования и внедрения.
В этом, конечно же, немалая заслуга прежде всего авторов открытия. Сами того не сознавая, они оказались двумя половинками одного мощного интеллекта, и их прорыв в неведомое был впечатляющим и весомым.
Солдаты Отечественной войны, возвращенные победой к любимой работе, они испытывали особый творческий подъем, жажду созидать. Это придавало им сверхчеловеческую трудоспособность, стимулировало врожденную потребность в генерации идей. К тому же они были молоды и умели верить в чудо. Никакой боязни ошибки, только дерзкая вера в успех, в самих себя, в волшебство науки.
И главное, что способствовало успеху советских создателей квантовой электроники, — это поддержка их научной инициативы в Академии наук и в организациях, обеспечивающих развитие науки и техники, атмосфера здорового сотрудничества, царящая в среде наших ученых и инженеров, доброжелательность, объективность, понимание путей и перспектив научно-технического прогресса.
Совершенно о другом отношении к новому прогрессивному явлению красочно, но с чувством глубокой тревоги пишет один из создателей квантовой электроники Таунс: «Основа квантовой электроники — радиоспектроскопия — родилась в трех главных компаниях, разрабатывавших в США радары и другое военно-радиотехническое оборудование, и в Колумбийском университете, сотрудничавшем с ними. В промышленных лабораториях надеялись, что новая область физики даст значительные практические результаты. Американцы, практичный народ, охотно принимают то, что сулит быстрые прибыли. Я сам писал справку дирекции исследовательского отдела лаборатории «Белл Телефон» с целью убедить ее в пользе радиоспектроскопии. Однако спустя несколько лет промышленные лаборатории, первыми начавшие работу в этой области, прекратили ее, и исследования по радиоспектроскопии полностью сосредоточились в университетах. Там радиоспектроскопия привлекла значительное количество способных студентов и опытных профессоров, поскольку она открывала возможности для изучения поведения атомов и молекул».
