ЧАСТЬ IV. ОПТИЧЕСКАЯ И КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Глава 16. Основы квантовой электроники

16.1. Этапы и перспективы развития квантовой электроники

Квантовая электроника – это область науки и техники, посвященная исследованию и применению квантовых явлений для усиления, генерации и преобразования когерентных электромагнитных волн. Отметим основные этапы развития квантовой электроники.

1917 г. А. Эйнштейн выдвинул гипотезу о существовании стимулированного излучения. Строгое обоснование существования

индуцированного излучения и наличия когерентности в элементарном акте излучения проведено Дираком в созданной им квантово-механической теории излучения.

30-е годы. Р. Ладенбург и сотрудники сделали попытку обнаружить стимулированное излучение в газовом разряде.

1940 г. В. А. Фабрикант сформулировал условия экспериментального обнаружения стимулированного излучения в газовом разряде.

1950 г. Е. Парсел, Р. Паунд получили стимулированное излучение в результате инверсии ядерных спинов.

1951 г. В. А. Фабрикант, М. М. Вудынский, Ф. И. Бутаева подали заявку

на авторское свидетельство на способ усиления излучения с помощью стимулированного излучения. К сожалению, материалы были опубликованы только в 1959 году, поэтому практического влияния на создание ОКГ эта заявка не оказала.

1953–1954 гг. Н. Г. Басов, А. М. Прохоров, Дж. Вебер, Дж. Гордон, Х. Цайгер, Ч. Таунс (США) получили генерацию на пучке молекул аммиака в

сантиметровом диапазоне с использованием их сортировки в магнитном поле (первый мазер).

1958 г. Ч. Таунс, А. Шавлов (США), А. М. Прохоров показали

возможность использования вынужденного излучения в оптическом диапазоне.

1960 г. Т. Мейман создал рубиновый ОКГ. А. Джаван создал газовый лазер на смеси гелия и неона.

1958–1961 гг. Н. Г. Басов, Б. М. Вул, Ю. М. Попов и другие сотрудники ФИАН им. Лебедева разработали теоретические основы полупроводниковых лазеров и в 1962-1963 г. в ФИАНе были созданы практические конструкции полупроводниковых лазеров.

1962 г. Р. Холл создал лазер на арсениде галлия с использованием n-p- перехода.

267

1964 г. В. Бриджес разработал ионные газовые ОКГ с повышенной мощностью.

1965 г. К. Пейтел разработал мощные молекулярные газовые ОКГ на смеси углекислого газа, азота и гелия.

Термин "Лазер" образован из полного английского названия: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что означает "усиление света с помощью вынужденного испускания излучения". Необходимо помнить, что термин "свет" означает в данном случае не только излучение в видимой области (0,38–0,77 мкм), но также в ультрафиолетовой (0,01– 0,38 мкм) и инфракрасной (0,77–340 мкм) областях электромагнитных колебаний. В отечественной литературе наряду с термином "лазер" часто используется название "оптический квантовый генератор" или сокращенно ОКГ.

Лазеры – это принципиально новые источники оптического излучения.

Вотличие от теплового излучения и люминесценции излучение лазеров обладает высокой монохроматичностью, когерентностью, направленностью и высокой спектральной плотностью мощности.

Перспективы применения лазеров настолько широки, что трудно назвать область науки или техники, где ОКГ не применяются или не будут применяться. По словам создателя первого лазера американского ученого Меймана, когда будет решена задача управления лучом ОКГ и обеспечения приемлемого КПД, их применение будет ограничено, в сущности, лишь воображением и изобретательностью инженеров.

Дальнейшее развитие науки, техники и производства в настоящее время

неразрывно связано с использованием открытий и достижений в области лазерной техники. Уже в настоящее время лазеры широко применяются в метрологии и измерительной технике, мониторинге окружающей среды, космической технике, технологии обработки материалов, химической технологии и химическом анализе, медицине, сельском хозяйстве, строительстве, военной технике, интегральной и волоконной оптике,

информационных системах и везде их использование дает поразительные результаты. Так, без лазеров невозможно развитие и применение практической голографии.

Однако это только начало использования свойств лазерного излучения.

Вбудущем лазеры найдут еще более широкое применение. Создаются все более совершенные лазерные системы с различными принципами работы, использующие в качестве активного вещества новые материалы, смеси различных веществ. В ближайшее время можно ожидать широкого распространения портативных, сравнительно экономичных, надежных в эксплуатации и достаточно мощных полупроводниковых, жидкостных и химических лазеров, излучающих энергию в широком диапазоне волн. Уже решается вопрос о получении лазерного излучения в рентгеновской области,

а также в области γ-излучения.

268