Хто винайшов лазер факти і теоретичне обгрунтування

Головне питання, на який дається відповідь сьогодні: хто винайшов лазер? Також тут наводиться короткий теоретичне обгрунтування і причини для створення такого корисного пристрою.

застосування лазера

Сучасне життя немислима без маленьких пучків когерентного випромінювання, які генерує лазер. Його створення привело до революції, перш за все, в інформаційній сфері. Раніше дані треба було наносити безпосередньо на поверхню якогось матеріалу - паперу, глини, каменю. Тепер же будь-який текст, формула або таблиця вміщаються на дуже маленькому шматочку оптичного диска. Тому, хто винайшов лазер, ми зобов'язані сучасними методами передачі навчальної та наукової інформації, спілкування, розваг і подорожей. Запис і зчитування букв і цифр тепер не вимагає безпосередньої участі людського ока, за людей це робить лазерний привід.

Безпосередньо пристрій використовується і в безлічі інших видів діяльності:

• для різання дерева, заліза, пластику на виробництві;
• для зварювання матеріалів між собою;
• для нанесення символів і знаків на металеві деталі;
• для проведення хірургічних операцій.

Переваги застосування цієї технології незаперечні. Розповімо, з якими теоретичними і практичними труднощами зіткнувся винахідник лазера.

Теоретичні основи

На початку двадцятого століття квантова фізика дала поштовх до дослідження мікросвіту. Наприклад, до середини п'ятдесятих років були відомі конфігурації електронних хмар всіх доступних хімічних елементів. Вчені вміли розрахувати довжину хвилі фотона, утвореного будь-яким переходом. Серед інших великих відкриттів Ейнштейн передбачив явище вимушеного випромінювання: електрон знаходиться в збудженому стані, повз пролітає відповідний фотон і «змушує» електрон переходити на більш низький рівень, навіть якщо час його життя на колишньому ще не закінчилося. Особливістю такого явища став дивовижний факт: другий фотон буде ідентичний першому. Отримати потік однакових часток було дуже заманливо. Але потрібно вирішити ряд практичних завдань.

Шлях до створення першого пристрою

1. А. Ейнштейн в 1916 році передбачив вимушене випромінювання.
2. П. Дірак в теорії, розробленої в 1927-1930 роках, математично описав можливість вимушеного випромінювання.
3. Р. Ланденбург і Г. Копферманн в 1928-м підтвердили існування вимушеного випромінювання експериментально.
4. В. Фабрикант і Ф. Бутаева в 1940 році припустили, що посилити вимушене електромагнітне випромінювання допоможе рівень зінверсної населенностью електронів.
5. А. Кастлер в 1950-му запропонував створювати інверсно населеність за допомогою оптичного накачування. За це він отримав Нобелівську премію.
6. Н.Г. Басов, А.М. Прохоров, Ч. Таунс в 1954 році продемонстрували генератор мікрохвиль на аміаку. Вони додали позитивний зворотний зв'язок у вигляді резонатора. Це досягнення також принесло вченим Нобелівську премію.
7. Т. Мейман в 1960-му нарешті представив перший пристрій на штучному рубін, легованому хромом.

Таким чином, говорити, що той, хто винайшов лазер в 1960 році, зробив це одноосібно, не зовсім вірно.

Технічні перешкоди на шляху винаходи

Відповідно до одного відомого анекдоту, фізики-теоретики витрачають дуже мало обладнання. Їм потрібні тільки папір, олівець і ластик. Але передбачені ними явища вимагають підтвердження на практиці. Часто це буває дуже складно. Наприклад, підтвердити наявність гравітаційних хвиль змогли тільки в XXI столітті, хоча Ейнштейн припустив їх наявність ще на початку XX. Винахідник лазера і його попередники вирішували наступні технічні завдання:

1. Пошук матеріалів зінверсної заселеністю рівнів.
2. Відбір стабільно працюючих джерел для оптичного накачування.
3. Вирощування кристалів із заданими оптичними властивостями для робочого тіла лазера.
4. Нанесення на торці кристала напилення із заданим коефіцієнтом відображення для створення оптичного резонатора.

На даний момент всі ці завдання успішно вирішуються і не уявляють для вчених будь-яких труднощів.

Лазер і космос

Як тільки всі складнощі залишилися позаду, і пристрої міцно увійшли в повсякденність, пізнання людства про космос розширилися в десятки разів. Якщо згадати, в якому році винайшли лазер, то відразу стане зрозуміло, чому з 1960-х так активно почала розвиватися космічна програма багатьох країн. Крім значного зменшення ваги обладнання за рахунок напівпровідникових і лазерних приладів, спектральна чистота і когерентність генеруються пучків допомогли поліпшити наші знання про навколишній Землю просторі. Завдяки сучасним пристроям вченим тепер точно відомий склад всіх планет, астероїдів і комет Сонячної системи. Також способи визначення відстані до зірок і галактик тепер набагато точніше. А потенційні можливості застосування лазерів безмежні.