«За фундаментальную работу в области квантовой электроники, которая
привела к созданию генераторов и усилителей, основанных на лазерно-мазерном
принципе», Б. разделил в 1964 г. Нобелевскую премию по физике с Прохоровым
и Таунсом. Два советских физика уже получили к тому времени за свою работу
Ленинскую премию в 1959 г.
Б. написал один и в соавторстве несколько сотен статей по мазерам и
лазерам. Его работы по лазерам восходят к 1957 г., когда он с коллегами
начал их разработку и конструирование. Они последовательно разработали
множество типов лазеров, основанных на кристаллах, полупроводниках, газах,
различных комбинациях химических элементов, а также лазеров многоканальных
и мощных короткоимпульсных. Б., кроме того, первым продемонстрировал
действие лазера в ультрафиолетовой области электромагнитного спектра. В
дополнение к своим фундаментальным исследованиям по инверсной заселенности
в полупроводниках и по переходным процессам в различных молекулярных
системах он уделял существенное внимание практическим приложениям лазера,
особенно возможности его использования в термоядерном синтезе.
С 1958 по 1972 г. Б. был заместителем директора в институте им.
П.Н. Лебедева, а с 1973 по 1989 г. – его директором. В этом же институте он
возглавляет лабораторию радиофизики с момента ее создания в 1963 г. С этого
года он также профессор Московского инженерно-физического института.
В 1950 г. Б. женился на Ксении Тихоновне Назаровой, физике из МИФИ. У них
два сына.
Кроме Нобелевской премии, Б. получил звание дважды Героя
Социалистического Труда (1969, 1982), награжден золотой медалью
Чехословацкой академии наук (1975). Он был избран членом-корреспондентом АН
СССР (1962), действительным членом (1966) и членом Президиума АН (1967). Он
состоит членом многих других академий наук, включая академии Польши,
Чехословакии, Болгарии и Франции; он также является членом Германской
академии естествоиспытателей «Леопольдина», Шведской королевской академии
инженерных наук и Американского оптического общества. Басов является вице-
председателем исполнительного совета Всемирной федерации научных работников
и президентом Всесоюзного общества «Знание». Он является членом Советского
комитета защиты мира и Всемирного Совета Мира, а также главным редактором
научно-популярных журналов «Природа» и «Квант». Был избран в Верховный
Совет в 1974 г., был членом его Президиума в 1982 г.
2.3. ПРОХОРОВ, Александр
род. 11 июля 1916 г.
Нобелевская премия по физике, 1964 г.совместно с Николаем Басовым и
Чарлзом Х. Таунсом
Русский физик Александр Михайлович Прохоров, сын Михаила Ивановича
Прохорова и Марии Ивановны (в девичестве Михайловой) Прохоровой, родился в
Атертоне (Австралия), куда его семья перебралась в 1911 г. после побега
родителей Прохорова из сибирской ссылки. После Октябрьской революции семья
Прохоровых в 1923 г. возвратилась в Советский Союз. Окончив с отличием
физический факультет Ленинградского государственного университета (1939),
П. поступает в аспирантуру в Лабораторию колебаний Физического института АН
СССР им. П.Н. Лебедева в Москве. Здесь он изучает распространение радиоволн
над земной поверхностью и вместе с одним из своих руководителей, физиком
В.В. Мигулиным, разрабатывает новый метод использования интерференции
радиоволн для исследования ионосферы – одного из верхних слоев атмосферы.
Призванный в Красную Армию в июне 1941 г., П. после двух ранений
возвращается в 1944 г. в Институт им. П.Н. Лебедева, где занимается
исследованием частотной стабилизации в ламповых генераторах. Кандидатская
диссертация, которую П. защищает в 1946 г., посвящена теории нелинейных
колебаний. За эту работу ему и двум другим физикам присуждена премия имени
академика Леонида Мандельштама, выдающегося советского радиофизика. В
1947 г. П. приступает к исследованию излучения, испускаемого электронами в
синхротроне (устройстве, в котором заряженные частицы, например протоны или
электроны, движутся по расширяющимся циклическим орбитам, ускоряясь до
очень высоких энергий), и показывает экспериментально, что излучение
электронов сосредоточено в микроволновой области, где длины волн порядка
сантиметров. Эта работа легла в основу диссертации на соискание ученой
степени доктора физико-математических наук, которую П. защищает в 1951 г.,
и породила множество более поздних работ, выполненных другими
исследователями.
После назначения заместителем директора Лаборатории колебаний в 1950 г.
научные интересы П. перемещаются в область радиоспектроскопии. Он
организует группу молодых исследователей, которые, используя радар и
радиотехнику, разработанную главным образом в Соединенных Штатах и Англии
во время и после второй мировой войны, исследуют вращательные и
колебательные спектры молекул. П. сосредоточивает свои исследования на
одном классе молекул, называемых асимметричными волчками, которые обладают
тремя различными моментами инерции (анализировать структуру таких молекул
по вращательным спектрам особенно трудно). Помимо чисто спектроскопических
исследований, П. проводит теоретический анализ применения микроволновых
спектров поглощения для усовершенствования эталонов частоты и времени.
Полученные выводы привели П. к сотрудничеству с Николаем Басовым в
разработке молекулярных генераторов, называемых ныне мазерами (аббревиатура
из первых букв английских слов: микроволновое усиление с помощью
индуцированного стимулированного излучения – microwave amplification by
stimulated emisson of radiation).
Основной принцип квантовой физики состоит в том, что атомы и молекулы
обладают энергиями (возникающими вследствие расположения и движения их
электронов), ограниченными некоторыми дискретными значениями, или
энергетическими уровнями. Множество разрешенных энергетических уровней
характерно для каждого атома или молекулы. Согласно другому принципу,
электромагнитное излучение, например свет или радиоволны, состоит из
дискретных порций энергии (фотонов), энергия которых пропорциональна
частоте. Если фотон имеет энергию, равную разности энергии между двумя
уровнями, то атом или молекула могут поглотить излучение и совершить
переход с нижнего уровня на верхний. Затем атом или молекула спонтанно
переходят на нижний энергетический уровень (необязательно на исходный),
отдавая разность энергии между двумя уровнями в форме фотона излучения. И в
этом случае частота излучения находится в соответствии с энергией
испущенного фотона. В 1917 г. Альберт Эйнштейн, занимаясь изучением
взаимодействия излучения с веществом в ограничейной области, вывел
уравнение, описывающее уже известные нам процессы поглощения и спонтанного
испускания. Уравнение Эйнштейна, кроме того, предсказывает третий процесс,
называемый индуцированным излучением, – переход возбужденного атома или
молекулы из состояния с высокой энергией в состояние с более низкой
энергией из-за наличия излучения, фотоны которого имеют энергию, равную
разности энергий этих двух уровней. Теряемая при переходе энергия
испускается в виде фотонов такого же типа, как и фотоны, индуцировавшие
излучение.
П. и Басов предложили метод использования индуцированного излучения. Если
возбужденные молекулы отделить от молекул, находящихся в основном
состоянии, что можно сделать с помощью неоднородного электрического или
магнитного поля, то тем самым можно создать вещество, молекулы которого
находятся на верхнем энергетическом уровне. Падающее на это вещество
излучение с частотой (энергией фотонов), равной разности энергий между
возбужденным и основным уровнями, вызвало бы испускание индуцированного
излучения с той же частотой, т.е. вело бы к усилению. Отводя часть энергии
для возбуждения новых молекул, можно было бы превратить усилитель в
молекулярный генератор, способный порождать излучение в
самоподдерживающемся режиме.
П. и Басов сообщили о возможности создания такого молекулярного
генератора на Всесоюзной конференции по радиоспектроскопии в мае 1952 г.,
но их первая публикация относится к октябрю 1954 г. В 1955 г. они
предлагают новый «трехуровневый метод» создания мазера. В этом методе атомы
(или молекулы) с помощью «накачки» загоняются на самый верхний из трех
энергетических уровней путем поглощения излучения с энергией,
соответствующей разности между самым верхним и самым нижним уровнями.
Большинство атомов быстро «сваливается» на промежуточный энергетический
уровень, который оказывается плотно заселенным. Мазер испускает излучение
на частоте, соответствующей разности энергий между промежуточными и нижним
уровнями.
За десять месяцев до того, как П. и Басов в 1954 г. опубликовали свою
статью, Чарлз Х. Таунс, американский физик из Колумбийского университета,
который независимо пришел к аналогичным выводам, построил действующий
мазер, подтвердивший предсказания П. и Басова. Таунс использовал
резонансную камеру, заполненную возбужденными молекулами аммиака, и получил
необычайно сильное усиление микроволн на частоте 24000 мегагерц. В 1960 г.
трехуровневый метод был подтвержден американским физиком Теодором Мейменом,
работавшим в компании «Хьюз эйркрафт». Он получил усиление световых волн,
используя в качестве резонансной камеры длинный кристалл синтетического
рубина, на который была навита спиральная трубка с газом ксеноном. Газовый
разряд сопровождался вспышками, способными вызвать индуцированное
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15
