Страница 18 из 30
Конечно, приведенного выше описания недостаточно для того, чтобы назвать Теслу изобретателем лазера, хотя, как мы видим, над идеей генерации и усиления света под воздействием различных источников он уже размышлял. Все основные элементы лазеров были им продемонстрированы в тех опытах – рабочее тело, источник накачки и даже простейшие оптические резонаторы. Что именно привело в вышеописанном эксперименте к формированию столба света с малым углом расходимости, можно только предполагать. Не исключено, учитывая, что рубин предварительно оплавлялся в этой же лампе, что во время плавки и остывания под влиянием мощного электрического поля, или по иным причинам, оптическая ось рубиновой капли (рубин – анизотропный кристалл) была установлена вдоль силовых линий поля, что в дальнейшем и привело к усилению света, распространяющегося параллельно этой оси в направлении верхней части колбы. В этом случае в качестве зеркал, формирующих оптический резонатор, могла выступить поверхность самого кристалла, так как внутреннее отражение от поверхности рубина достаточно велико (показатель преломления рубина – 1,77). Этот вопрос требует дополнительных исследований.
Заметим, что согласно общепринятой истории науки теоретически явление вынужденного излучения предсказано А. Эйнштейном в 1916 году, а экспериментально применимые методы получения вынужденного излучения и усиления света были разработаны только в 1950-х годах, за что в 1964 г. было раздадено некоторое количество Нобелевских премий (Ч. Х. Таунс, Н. Г. Басов, А. М. Прохоров). Первый мазер был создан в 1954 году, а первый лазер – в 1960-м, и это был именно рубиновый лазер.
1892 г. В ходе все той же лекции в Королевском обществе Великобритании и опытов с вышеописанной колбой Тесла поместил в центр лампы и исследовал свойства электрода из карборунда (карбид кремния), который является полупроводником.
Вне всякого сомнения, карборундовая лампа – изобретение именно Теслы. В то время этот материал только-только появился, его получил Е. Г. Ачесон из Пенсильвании, который и предоставил его Тесле, а запатентовал только год спустя, в 1893-м. Сам Ачесон изобрел карборунд для дешевой замены алмазного порошка, применяемого для шлифовки драгоценных камней. В лекции Тесла говорит о том, что еще не успел толком исследовать свойства этого нового материала, но все-таки уже обратил внимание на некоторые отличительные свойства.
Как следует из лекции, главным направлением исследований было изучение способности карборунда к свечению под воздействием электричества. Самое интересное, что, сделав напыление карборунда на металлический электрод, Тесла получил ни много ни мало, а настоящий… светодиод. Более того, он сразу заметил необычное свечение образованной пленки и отметил, что это свечение не является фосфоресцентным, а имеет какую-то другую природу, и часть лекции размышляет о причинах свечения материалов вообще и, в частности, может ли светиться «относительно прохладная поверхность».
Эта часть лекции довольно скупа, напомним, что Тесла, по его словам, получил карборунд в свое распоряжение всего лишь несколько недель назад и не торопился с выводами. Тем не менее анализ всей лекции целиком позволяет довольно уверенно восстановить ход проделанных экспериментов.
Получив карборунд в виде порошка и отдельных очень мелких кристаллов, Тесла некоторое время потратил на изготовление электродных головок из этого материала (описывается в лекции). На заключительном этапе процесса «головка сильно накаляется» или даже оплавляется. То, что Тесла плавил карборунд, не должно удивлять – его лампа могла почти мгновенно испарять даже оксид циркония и алмазы – одни из наиболее тугоплавких веществ в мире.
Испаряя карборунд, Тесла заметил, что «он нисколько не затемняет колбу, его полезно было бы использовать для покрытия нитей накаливания в обычных лампах». Очевидно, что в этих опытах уносившийся с электрода карборунд оседал в т. ч. и на подводящем ток электроде лампы (Фото 26).
Некоторые эффекты, которые я не наблюдал раньше, полученные при первых опытах с карборундом, я приписывал фосфоресценции, но в последующих экспериментах выяснилось, что он лишен этого свойства. Кристаллы обладают интересным качеством. В лампе с одним электродом в форме небольшого металлического диска, к примеру, при определенной степени разрежения электрод покрылся молочной дымкой, которая отделена темным промежутком от свечения, наполняющего лампу. Когда металлический диск покрыт кристаллами карборунда, пленка гораздо более интенсивная и снежно-белая… Я провел ряд опытов с полученными кристаллами в основном потому, что было бы интересно обнаружить их способность к фосфоресценции по причине их проводимости. Я не смог получить отчетливой фосфоресценции, но должен сказать, что нельзя делать окончательных выводов до тех пор, пока не будут поставлены дальнейшие опыты.
По всей видимости, на тот момент Тесла приписал замеченное им свечение контакта металл-карборунд (металл-полупроводник) странному поведению металла, ибо предыдущие четыре крупных абзаца с некоторым недоумением размышляет над тем, как это может быть, ведь «как известно, проводники не фосфоресцируют», да еще странным «мертвенно-бледным», холодным светом:
Допустим, в уставшей лампе, под молекулярной бомбардировкой, часть металлического предмета или другого проводника представляется сильно светящейся, но в то же время оказывается, что она остаётся достаточно холодной, можно ли это свечение назвать фосфоресценцией?
По современным понятиям, контакт металл-карборунд действительно не фосфоресцирует, а свечение вызывается рекомбинацией носителей заряда различных типов в месте контакта. Строгие ученые, вероятно, сразу скажут, что назвать Теслу первооткрывателем этого явления, столь известного в технике, было бы преувеличением.
Что ж, посмотрим, кто у нас считается первооткрывателем свечения на контакте металл-полупроводник. Оказывается, британский экспериментатор Генри Раунд из лаборатории Маркони. В 1907 г. Раунд «впервые» открыл и упомянул люминесценцию, обнаруженную им при изучении прохождения тока в паре металл – карбид кремния (карборунд)!
Дальнейшая история полупроводниковой техники на длительное время тоже связана с карборундом. В 1922 г. талантливейший самоучка Олег Лосев в Нижегородской радиолаборатории обнаружил в месте контакта металл-карбид кремния «холодное свечение» и описал явление, которое в дальнейшем получило название электролюминесценции (в то время понятия «полупроводниковый переход» ещё не существовало). Мало того, Лосев установил тождественность обнаруженного им свечения свечению, которое возникает при бомбардировке карборунда в разрядной трубке (35), т. е., по сути, прямо повторил опыт Теслы.
В 1920-х гг. Олег Лосев настолько продвинул полупроводниковые приборы, что далеко обошел даже «телефункен» и американцев. Загадочное свечение карборунда за рубежом долгое время называли «Losev light». А вот почему Советский Союз не стал лидером в области полупроводниковой техники, а первые советские светодиоды (на основе карбида кремния, кстати) появились только в 1970-х годах, мы разберем позже.
Скажем только, что Нобелевская премия по физике за изобретение особо чудесных светодиодов была выдана группе американо-японских товарищей (И. Акасаки, Х. Амано, С. Накамура) в 2014 году.
1893 г. В Филадельфийской лекции Тесла высказал важнейшую мысль, которую нельзя истолковать иначе, как утверждение о квантовании заряда: