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가장 중요한 과학적 발견
레이저. 과학적 발견의 역사와 본질
"레이저"라는 단어는 "유도 방출에 의한 빛의 증폭"을 의미하는 영어의 긴 문구의 첫 글자에서 형성됩니다. M.M. Koltun은 "과학자들은 원자에 의한 자발적인 빛 방출 현상에 오랫동안 주목해 왔습니다." 이러한 전이로 인해 발생하는 화학적, 생물학적 및 빛의 발광 현상은 그 아름다움과 특이함으로 오랫동안 연구자들을 매료시켰지만 발광 빛이 너무 약하고 산란되어 달에 도달할 수 없습니다.. . 발광하는 동안 각 원자는 인접한 원자와 조정되지 않고 다른 시간에 자체 빛을 방출합니다. 그 결과 혼란스러운 플레어 방사선이 나타납니다. 원자에는 지휘자가 없습니다! 1917 년 알버트 아인슈타인 기사 중 하나에서 그는 외부 전자기 복사가 개별 원자의 복사 섬광을 서로 일치시킬 수 있음을 이론적으로 보여주었습니다. 그것은 다른 원자의 전자가 동시에 높은 여기 수준으로 날아가게 할 수 있습니다. 동일한 방사선이 "라이트 샷"의 방아쇠 역할을 하는 것은 어렵지 않습니다. 수정을 향하면 수만 개의 여기된 전자가 동시에 원래 궤도로 되돌아갈 수 있습니다. 눈부시게 밝은 빛의 섬광, 거의 같은 파장의 빛, 또는 물리학자들이 말하는 단색광이 동반됩니다. 아인슈타인의 연구는 물리학자들에 의해 거의 잊혀졌습니다. 원자의 구조에 대한 연구는 모든 사람에게 훨씬 더 흥미로웠습니다. 1939년에 소련의 젊은 과학자이자 현재 교수이자 교육학 아카데미 V.A.의 정회원이 되었습니다. Fabrikant는 아인슈타인이 물리학에 도입한 유도 방출 개념으로 돌아갔습니다. Valentin Alexandrovich Fabrikant의 연구는 레이저 생성을 위한 견고한 토대를 마련했습니다. 조용하고 평화로운 환경에서 몇 년만 더 집중적으로 연구하면 레이저가 만들어졌을 것입니다." 그러나 이것은 소련 과학자 Prokhorov, Basov 및 American Charles Hard Towns(1915)의 창의적인 작업 덕분에 겨우 XNUMX년대에 일어났습니다. . Alexander Mikhailovich Prokhorov(1916-2001)는 1911년 시베리아 망명에서 호주로 도피한 노동자 혁명가의 가족으로 Atorton(호주)에서 태어났습니다. 1923월 사회주의 대혁명 이후, 프로호로프 가족은 XNUMX년에 고국으로 돌아가 얼마 후 레닌그라드에 정착했습니다. 1934년 Alexander는 금메달로 이곳에서 고등학교를 졸업했습니다. 방과 후, Prokhorov는 Leningrad State University(LGU)의 물리학과에 입학하여 1939년에 우등으로 졸업했습니다. 그 후 이름을 딴 물리연구소 대학원에 입학했다. P.N. 레베데프 소련 과학 아카데미. 여기에서 젊은 과학자는 지구 표면을 따라 전파가 전파되는 과정을 연구하기 시작했습니다. 그는 전파 간섭 방법을 사용하여 전리층을 연구하는 독창적인 방법을 제안했습니다. 제 1944 차 세계 대전이 시작될 때부터 Prokhorov는 현장에서 군대의 계급에있었습니다. 그는 보병에서 싸웠고, 정보에서, 군사 상을 받았고, 두 번 부상당했습니다. 1948년 제대 후 두 번째 중상을 입은 그는 FIAN 전쟁으로 중단된 과학 연구에 복귀했습니다. Prokhorov는 그 당시 비선형 진동 이론, 무선 발전기의 주파수 안정화 방법과 관련된 연구에 참여했습니다. 이러한 작업은 그의 박사 학위 논문의 기초가 되었습니다. XNUMX년에 진공관 발생기의 주파수 안정화 이론을 창안한 공로로 그는 Academician L.I. 만델스탐. 1948년 Alexander Mikhailovich는 순환 하전 입자 가속기에서 방출되는 전자기 복사의 특성과 특성에 대한 연구를 시작했습니다. 매우 짧은 시간에 그는 싱크로트론-싱크로트론 방사의 균일한 자기장에서 움직이는 상대론적 전자의 자기 제동 방사의 일관된 특성을 연구하기 위해 일련의 성공적인 실험을 수행했습니다. 연구 결과 Prokhorov는 싱크로트론 방사선이 센티미터 파장 범위에서 간섭성 방사선의 소스로 사용될 수 있음을 증명하고 소스의 주요 특성과 전력 레벨을 결정하고 전자 다발의 크기를 결정하는 방법을 제안했습니다. 이 고전적인 연구는 전체 연구의 길을 열었습니다. 그 결과는 1951년 알렉산더 미하일로비치(Alexander Mikhailovich)에 의해 성공적으로 옹호된 박사 학위 논문의 형태로 공식화되었습니다. 1950 년에 Prokhorov는 물리학에서 완전히 새로운 방향 인 전파 분광법으로 작업을 시작하여 가속기 물리학 분야의 작업에서 점차 멀어졌습니다. 그 당시 센티미터와 밀리미터라는 새로운 파장 범위가 분광학에서 통달했습니다. 분자의 회전 및 일부 진동 스펙트럼은 이 범위에 속합니다. 이것은 분자 구조의 근본적인 질문에 대한 연구에서 완전히 새로운 가능성을 열었습니다. 진동 이론, 무선 공학 및 무선 물리학 분야에서 Prokhorov의 풍부한 실험 및 이론 경험은 이 새로운 분야를 마스터하는 데 가장 적합했습니다. Academician D.V.의 지원으로 Skobeltsyn은 가능한 한 짧은 시간에 진동 연구소의 젊은 직원 그룹과 함께 국내 전파 분광학 학교를 설립하여 세계 과학에서 빠르게 선두 자리를 차지했습니다. 이 젊은 직원 중 한 명은 모스크바 공학 물리학 연구소를 졸업한 Nikolai Gennadievich Basov였습니다. Basov는 14년 1922월 XNUMX일 Voronezh 지방(현재 리페츠크 지역)의 Usman 시에서 나중에 Voronezh University의 교수가 된 Gennady Fedorovich Basov의 가족으로 태어났습니다. 학교 Basov의 끝은 위대한 애국 전쟁의 시작과 일치했습니다. 1941년 니콜라이는 군대에 징집되었습니다. 그는 Kuibyshev Military Medical Academy로 보내졌습니다. 1943년 후, 그는 키예프 군사 의과대학으로 편입되었습니다. 1945년에 대학을 졸업한 후 Basov는 화학 보호 대대로 보내졌습니다. XNUMX년 초부터 전역할 때까지, 그해 말에 그는 육군 대열에 있었다. 1946년에 Basov는 모스크바 기계 연구소에 입학했습니다. 1950년 연구소를 졸업한 후 대학원 이론물리학과에 입학했다. 1949년부터 Nikolai Gennadievich는 소련 과학 아카데미 물리 연구소에서 일하고 있습니다. 그의 첫 직책은 Academician M.A.가 이끄는 Oscillation Laboratory의 엔지니어였습니다. Leontovich. 그런 다음 그는 같은 연구실의 주니어 연구원이 됩니다. 그해에 Prokhorov가 이끄는 젊은 물리학 자 그룹은 새로운 과학적 방향 인 분자 분광법에 대한 연구를 시작했습니다. 동시에 Basov와 Prokhorov 간의 유익한 협력이 시작되어 양자 전자 분야의 근본적인 작업이 이루어졌습니다. 1952년 Prokhorov와 Basov는 양자 시스템에 의한 전자기 복사의 증폭 및 생성 효과에 대한 이론적 분석의 첫 번째 결과를 발표했으며 나중에 이러한 과정의 물리학을 조사했습니다. 새로운 유형의 여러 전파 분광기를 개발한 Prokhorov의 실험실은 분자의 구조, 쌍극자 모멘트 및 힘 상수, 핵 모멘트 등의 결정에 대한 매우 풍부한 분광 정보를 얻기 시작했습니다. 주로 분자 흡수선의 폭에 의해 결정되는 마이크로파 분자 주파수 표준의 한계 정확도를 분석하면서 Prokhorov와 Basov는 분자 빔에서 선이 급격히 좁아지는 효과를 사용할 것을 제안했습니다. "그러나 분자 빔으로의 전이"는 I.G. Bebikh와 V.S.가 낮은 수준에서 높은 수준으로 전이하는 동안 양자 흡수(유도, 자극 흡수) 및 방출과 함께 분자의 두 에너지 상태 사이의 전이를 유도했습니다. 상위 수준에서 아래로 전환하는 동안 양자의 (유도, 유도 방출). 따라서 하위 에너지와 상위 에너지의 인구 차이에 비례합니다. 두 수준은 마이크로파 방사선의 양자와 동일한 에너지 거리로 분리되어 있습니다. , 이 모집단 차이는 Boltzmann 분포에 따라 상온에서 평형 상태의 수준의 열 모집단으로 인해 전체 입자 밀도의 작은 부분에 불과합니다. 그런 다음 분자 빔에서 수준의 모집단을 인위적으로 변경함으로써, 즉 비평형 조건(또는 말하자면 이러한 수준의 모집단을 결정하는 자신의 "온도")을 생성함으로써, 흡수선의 강도를 크게 변경할 수 있습니다. 예를 들어 불균일 전기장의 도움으로 빔에서 이러한 입자를 분류하여 상위 작업 수준의 분자 수가 급격히 감소하면 흡수선의 강도가 증가합니다. 말 그대로 빔에 극저온이 발생한다. 그러나 이러한 방식으로 낮은 작업 수준에서 분자가 제거되면 시스템은 유도 방출로 인해 증폭됩니다. 이득이 손실을 초과하면 시스템은 분자의 주어진 양자 전이의 주파수에 의해 여전히 결정되는 주파수에서 자기 여기됩니다. 반면에 분자 빔에서는 인구 역전이 수행됩니다. 즉, 일종의 음의 온도가 생성됩니다.” 이것이 AM Prokhorov와 N.G.의 잘 알려진 고전 공동 작업 주기에 설명된 분자 발생기의 아이디어가 나타난 방식입니다. 바소프 1952-1955. 여기에서 현대 과학 및 기술에서 가장 유익하고 가장 빠르게 발전하는 분야 중 하나인 양자 전자의 개발이 시작되었습니다. 본질적으로 양자 발생기 생성의 주된 기본 단계는 인구 반전(음의 온도)이 있는 비평형 방사 양자 시스템을 준비하고 이를 양의 피드백이 있는 진동 시스템인 공동 공진기에 배치하는 것이었습니다. 그것은 양자역학 시스템과 무선 물리적 문화를 연구한 경험을 결합한 과학자들에 의해 만들어질 수 있었고 만들어졌어야 했습니다. 광학 및 기타 범위에 대한 이러한 원칙의 추가 확장은 불가피했습니다. Prokhorov와 Basov는 강력한 보조 방사선의 작용으로 전이 중 하나를 포화시켜 XNUMX단계(더 복잡한) 시스템에서 인구 역전을 얻는 새로운 방법을 제안했습니다. 이것은 소위 "XNUMX단계 방법"이며 나중에 광학 펌핑 방법이라고도 합니다. 1958년 Fabry-Perot가 다른 제품군의 개발을 위한 진정한 과학적 기반을 형성하도록 허용한 사람은 바로 그 사람이었습니다. 이것은 1960년 T. Meiman이 최초의 루비 레이저를 만들 때 성공적으로 사용했습니다. 분자 발생기에 대해 계속 연구하는 동안 Basov는 양자 방사선 물리학의 원리와 방법을 광학 주파수 범위로 확장할 수 있는 가능성에 대한 아이디어를 내놓았습니다. 1957년부터 그는 광학 양자 발생기인 레이저를 만드는 방법을 찾고 있었습니다. 1959년 Basov는 B.M. Vulom과 Yu.M. Popov는 "양자-기계적 반도체 발생기 및 전자기 발진 증폭기"라는 작업을 준비했습니다. 펄스 전기장에서 얻은 반도체의 역수를 사용하여 레이저를 생성하는 것이 제안되었습니다. 이 제안은 루비 결정(C. Townes, A. Shavdov) 및 가스 혼합물(A. Javan)의 사용에 대한 미국 과학자들의 제안과 함께 양자에 의한 광학 주파수 범위의 체계적인 개발의 시작을 표시했습니다. 전자 제품. 1964년에 Basov, Prokhorov 및 Towns(미국)가 노벨상 수상자가 되었으며, 양자 전자공학 분야의 기초 연구를 통해 노벨상 수상자로 선정되었으며, 이는 메이저와 레이저의 탄생으로 이어졌습니다. 저자: Samin D.K.
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