Чтение онлайн

Человеческий глаз не видит инфракрасного излучения. Но для коротковолновой части этого диапазона существуют электронно-оптические преобразователи, превращающие инфракрасное излучение в видимое. Поместив такой преобразователь на оси своего прибора, Джаван увидел, как его экран осветился. Это значило, что из прибора выходит инфракрасное излучение. Постепенно увеличивая ток через прибор, Джаван наблюдал увеличение свечения. Потом вдруг на экране ярко засияло небольшое круглое пятно. Остальная часть экрана казалась совсем темной. Так впервые заработал газовый лазер.

В отличие от рубинового лазера Меймана газовый лазер Джавана работал непрерывно все время, пока был включен питающий его источник электроэнергии. Непрерывная работа объяснялась тем, что хаотическое тепловое движение вызывало быстрое перемешивание газа, и активных атомов было достаточно, чтобы генерация не прекращалась.

Большая однородность газа по сравнению с лучшими кристаллами рубина обеспечила существенное преимущество лазера Джавана перед лазером Меймана. Луч света, выходящий из газового лазера, был в сотни раз более узким, чем в случае рубинового лазера.

У газового лазера расхождение луча вызывается только двумя причинами — несовершенством зеркал (их отклонением от идеальной плоскости) и дифракцией, то есть неизбежным загибанием световых волн за край ограничивающего их отверстия. В случае рубинового и других твердотельных лазеров большое дополнительное расхождение луча вызывается неоднородностями среды, возникающими при изготовлении кристалла. Подобные неоднородности, конечно, много большие по величине, можно видеть в оконном стекле, где они иногда вызывают заметные искажения формы предметов, наблюдаемых через стекло.

Исследование свойств излучения, даваемого газовым лазером, подтвердили надежды Джавана. Действительно, спектр излучения газового лазера был очень похож на спектр молекулярного генератора. Он состоял из немногих очень узких спектральных линий. Присутствие нескольких линий вызвано тем, что в генераторе одновременно возбуждались различные типы колебаний, как это бывает в скрипичной струне. Смычок, как правило, одновременно возбуждает множество звуковых тонов, которые, налагаясь друг на друга, обеспечивают характерное звучание скрипки. При известном искусстве скрипач может добиться возбуждения чистого тона. Этого же удается достичь в газовом лазере. Для этого нужно ограничить ток, проходящий через газ, с тем чтоб возбуждение было небольшим, и поставить между зеркалами одну или несколько диафрагм. Диафрагмы будут действовать подобно сурдинке, которую иногда применяют скрипачи с целью подавить нежелательные колебания струны.

Наука — это тоже в большой степени искусство, и от ученых требуется виртуозное владение своим инструментом. Джаван в своей области, несомненно, является виртуозом, и ему удалось заставить газовый лазер генерировать только один тип колебаний. При этом в его спектре остается одна очень узкая спектральная линия, настолько узкая, что она может соперничать со спектральной линией молекулярного генератора. Конечно, достичь этого было нелегко. Пришлось увеличить жесткость конструкции лазера и защитить его от всех внешних воздействий. Для этого эксперименты проводились в глубине заброшенного винного подвала, расположенного вблизи Эм-Ай-Ти, куда к тому времени перешел Джаван.

Первое, что бросалось в глаза входящему, была огромная, многотонная могильная плита, подвешенная к потолку. Джаван заказал ее, чтобы использовать в качестве рабочего стола. До чего же остроумно он поступил! Я вспоминаю, как после окончания института одной из первых моих работ было создание специального камертонного генератора. Обыкновенный камертон, с помощью которого музыканты настраивают свои инструменты, служил колебательным контуром, определяющим частоту моего лампового генератора. Я закрепила ножку камертона на своем лабораторном столе, присоединила его к схеме — и генератор ожил. Все шло хорошо, камертон монотонно звучал, но время от времени он начинал заикаться. Оказывается, ему передавалось сотрясение почвы от проходящих где-то далеко грузовиков! И еще: автоматический самописец, который я оставляла работать и ночью, говорил, что камертон капризничал рано утром. Я долго ломала голову — почему именно по утрам? Товарищи в шутку строили предположения о влиянии Венеры, утренней звезды, пятен на Солнце, на которые валят все непонятное.

Все оказалось гораздо прозаичнее — тетя Нюша, наша уборщица, сметала с камертона пыль!

Тогда я написала устрашающий плакат: «Не трогать! Смертельно!» А тетя Нюша продолжала вносить свой вклад в научное исследование. Не оставалось ничего другого, как застать ее врасплох.

— Тетя Нюша, что же вы со мной делаете?! Плакат читали?

— Ох, милая, я же неграмотная. Плакат видела. Только думала, что ты за звание борешься.

Итак, я тоже работала в подвале, но не додумалась обзавестись могильной плитой! Правда, мой начальник, наверно, упал бы в обморок от такого расхода, зато ни машины, ни тетя Нюша генератора бы не достигли.

Но вернемся к Джавану. В тепличной обстановке его лаборатории лазеры могли показать, на что они способны. И показали! При сравнении световых волн, испускаемых двумя одинаковыми лазерами, оказалось, что их частоты не изменяются больше чем на несколько колебаний в секунду.

Работы Джавана получили дальнейшее развитие.

Уже действуют многочисленные газовые лазеры на смесях других газов.

Впрочем, и лазер на смеси гелия и неона может работать в других режимах, генерируя не только невидимые инфракрасные волны длиной в 1,15 микрона, но и инфракрасные волны других длин и видимый красный свет с длиной волны около 0,63 микрона.

Впоследствии оказалось возможным добиться генерации и в чистых газах, и не только под действием электрического разряда. Инверсия населенностей в некоторых газах может быть достигнута и при их освещении, то есть путем оптической накачки, как это предлагали Таунс и Шавлов.

При оптической накачке атомы газа независимо один от другого поглощают фотоны, хаотически вылетающие из яркой лампы. Но в процессе квантовой генерации все атомы испускают фотоны строго согласованно. Здесь происходит замечательный процесс преобразования хаоса в образцовый порядок. Процесс, еще теперь кажущийся чуть ли не противоестественным.

Газы постепенно открывали перед учеными новые и новые возможности. Выяснилось, что для квантового генератора пригодны не только газы, состоящие из нейтральных атомов, но и плазма — газ, состоящий преимущественно из ионов и свободных электронов. Ионные или, как их иногда называют, плазменные лазеры позволили продвинуться еще дальше в область ультрафиолетовых волн, значительно увеличить число спектральных линий, используемых в квантовых генераторах.

Вслед за ионами наступила очередь молекул. Обычный углекислый газ оказался превосходным активным веществом, при помощи которого удалось получить в непрерывном режиме мощность почти в 200 ватт на волне около 10,5 микрона.

Двести ватт — это мощность большого электрического паяльника. Представьте себе эту мощность сосредоточенной на острие иголки. Трудно предвидеть все технологические возможности, открываемые применением такого луча. Учтите еще, что волна в 10 микрон попадает как раз в «окно прозрачности» земной атмосферы. Этот невидимый инфракрасный свет наиболее слабо поглощается газами, составляющими воздух, сравнительно мало поглощается парами воды и не очень рассеивается каплями дождя. Чего же еще могут желать люди, работающие над системами оптической связи и другими применениями лазеров, связанными с прохождением их лучей через атмосферу!