Страница 102 из 161
Рис. 42. Схема аммиачного мазера
Принципиальной характеристикой мазера является крайне РЅРёР·РєРёР№ уровень шумов как РІ режиме генерации, так Рё РІ режиме усиления. Рто означает, что сигнал очень чистый Рё ясный, Рё РІСЃРµ фотоны испускаются когерентно. Лишь очень малое число фотонов испускается хаотически РІ результате спонтанного, Р° РЅРµ вынужденного излучения. Р’Рѕ РјРЅРѕРіРёС… электронных устройствах шумы возникают РёР·-Р·Р° флуктуации числа электронов, которые создают электрический ток. Рти флуктуации пропорциональны температуре Рё РЅРµ зависят РѕС‚ конкретного устройства. Поэтому Сѓ инженеров принято характеризовать шумы устройств, относя РёС… Рє шумам эквивалентной температуры, С‚.Рµ. температуре, РїСЂРё которой через электрическое сопротивление протекает столько электронов, сколько нужно, чтобы получить наблюдаемые флуктуации. Р’ то время, как для сопротивления обычной цепи температура шума практически является комнатной (С‚.Рµ. 300 Рљ), для мазера эквивалентная температура шумов очень низкая, РїРѕСЂСЏРґРєР° нескольких Рљ.
Таунс сразу же РїРѕРЅСЏР», что РѕРґРЅРёРј РёР· важных применений мазеров РЅР° молекулярных пучках должна быть молекулярная спектроскопия. Молекулярные пучки уже РІ начале 1950-С… РіРі. рассматривались спектроскопистами, изучающими газы. Однако была проблема. Специфика получения молекулярного пучка РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє малой плотности молекул РІ ячейке спектрометра. РљСЂРѕРјРµ того, молекулы РІ пучке находятся РІ термическом равновесии или близко Рє нему, Р° это значит, что процессы поглощения Рё излучения РїРѕ отношению внешнего излучения почти равные. Следовательно, сигнал поглощения будет слабым, поскольку число молекул РІ нижнем состоянии лишь слегка превосходит число молекул РІ верхнем состоянии. Р’ пучке, который получал Таунс, РІСЃРµ молекулы селектировались РїРѕ РёС… энергетическим состояниям. Рто РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє тому, что сигнал увеличивается РІ сто раз. Рто позволяло Гордону использовать принцип мазера для спектроскопических исследований.
Мощность первого мазера составляла только 0,01 РјРєР’С‚. Рто очень мало, РЅРѕ испускалась очень узкая линия. Чтобы определить, насколько чиста испускаемая частота, Таунс Рё его РіСЂСѓРїРїР° построили второй мазер, чтобы сравнить частоты, испускаемые РґРІСѓРјСЏ независимыми мазерами. Р’ начале 1955 Рі. РѕРЅРё установили, что РІ течение РѕРґРЅРѕР№ секунды частоты различались только РЅР° 4 части РѕС‚ 1012, Р·Р° больший интервал около 1 часа частоты различались лишь РІ пределах нескольких частей РЅР° 1010.
Рти результаты заставляли предполагать, что мазер является оптимальным кандидатом РЅР° роль прецизионного стандарта частоты Рё для создания атомных часов. Р�сследования мазеров стали распространяться среди РґСЂСѓРіРёС… лабораторий РІ университетах, государственных учреждениях Рё промышленности. Последние были РїРѕРґ влиянием военных целей. Однако было только около десятка РіСЂСѓРїРї СЃ малым числом исследователей Рё СЃРѕ СЃРєСЂРѕРјРЅРѕР№ поддержкой.
Русский подход к мазеру
Р’ то время, РєРѕРіРґР° эти впечатляющие результаты были получены РІ РЎРЁРђ, что же происходило РЅР° РґСЂСѓРіРѕР№ стороне земного шара, РІ Советском РЎРѕСЋР·Рµ, полным военных секретов Рё отгороженным непроницаемым железным занавесом? Р’ РњРѕСЃРєРІРµ, недалеко РѕС‚ центра, располагался РѕРґРёРЅ РёР· самых больших институтов РІ стране Физический институт (существующий Рё поныне), названный именем РѕРґРЅРѕРіРѕ РёР· известнейших СЂСѓСЃСЃРєРёС… ученых, знаменитого Лебедева. Р’ этом знаменитом Физическом институте РёРј. Рџ.Рќ. Лебедева (Р¤Р�РђРќ) работали тысячи исследователей. Р�нститут находится РІ управлении могущественной Р РѕСЃСЃРёР№СЃРєРѕР№ Академии наук. РћРЅ был организован РІ начале 1930-С… РіРі. физиком Сергеем Р�вановичем Вавиловым (1891 1951). Вавилов известен СЃРІРѕРёРјРё достижениями РІ оптике РІ области исследований люминесценции, С‚.Рµ. испускания света некоторыми определенными веществами РїСЂРё РёС… освещении. Вавилов сформулировал законы этого явления. Р’ 1934 Рі., РєРѕРіРґР° Павел Алексеевич Черенков (19041990), аспирант, работающий над своей диссертацией, открыл, что электроны, распространяющиеся РІ РІРѕРґРµ, испускают слабое голубое излучение, Вавилов, который был его научным руководителем Рё помогал проводить исследования, пришел Рє заключению, что это РЅРµ люминесценция Рё приписал его Рє действию электронов. РџРѕ его инициативе, РґРІР° исследователя Р�нститута, Р�РіРѕСЂСЊ Тамм (1895 1971) Рё Р�лья Франк (19081990) дали полное теоретическое объяснение этого явления, показав, что заряженные частицы, которые движутся РІ среде СЃРѕ скоростью, превышающую скорость света РІ этой среде, испускают излучение. Ртот результат привел РёС… Рє получению Нобелевской премии РїРѕ физике вместе СЃ Черенковым. Р�нститут РёРј. Рџ.Рќ. Лебедева дал шесть Нобелевских лауреатов РїРѕ физике, хорошо известных РІРѕ всем РјРёСЂРµ. Вавилов был директором РґРѕ самой своей смерти. Как организатор науки Рё президент Академии наук РѕРЅ внес огромный вклад РІ развитие науки РІ Советском РЎРѕСЋР·Рµ РІ трудный период сразу же после окончания Второй РјРёСЂРѕРІРѕР№ РІРѕР№РЅС‹. Р’Рѕ время, относящегося Рє нашей истории, РґРІР° сотрудника Р�нститута, Рђ.Рњ. РџСЂРѕС…РѕСЂРѕРІ Рё Рќ.Р“. Басов, интересовались решением спектроскопических проблем, используя молекулярные пучки.