Страница 104 из 161
Первая опубликованная работа РџСЂРѕС…РѕСЂРѕРІР° Рё Басова была послана РІ Журнал экспериментальной Рё теоретической физики РІ декабре 1953 Рі. Рё напечатана РІ октябре 1954 Рі., С‚.Рµ. после публикации статьи Таунса Рѕ мазере. Задержка РІ публикации получилась РёР·-Р·Р° желания авторов исправить некоторые ошибки РІ формулах. Рта работа РџСЂРѕС…РѕСЂРѕРІР° Рё Басова содержала детальное теоретическое исследование использования молекулярных пучков РІ радиоспектроскопии. Авторы показали, что молекулы РѕРґРЅРѕРіРѕ итого же вещества, находящиеся РІ пучке РІ разных энергетических состояниях, РјРѕРіСѓС‚ быть разделены путем пропускания пучка через неоднородное электрическое поле. Молекулы, разделенные РїРѕ энергетическим состояниям, затем пропускаются через микроволновый резонатор, РіРґРµ получается поглощение или усиление (согласно тому, какое энергетическое состояние выбрано). РџСЂРѕС…РѕСЂРѕРІ Рё Басов также представили количественные условия для работы микроволнового усилителя или генератора, который РѕРЅРё назвали молекулярным генератором.
Несмотря на изоляцию очень малому числу физиков разрешалось выезжать заграницу, российские ученые получали информацию об исследованиях в мире благодаря научным журналам. Басов, который для своей докторской диссертации активно работал в новой области квантовой радиофизики, как ее назвали в СССР(в США ее называли квантовой электроникой), как только прочел письмо Таунса, сообщающее о создании мазера, сразу же, спустя несколько месяцев, построил первый советский мазер.
Персональные контакты были позднее. Прохоров впервые встретился с Таунсом в Великобритании в 1955 г. на конференции Фарадеевского общества, где представил работу, о которой мы упоминали, а Басов познакомился с Таунсом, [Павловым, Бломбергеном и многими другими на первой Международной конференции по квантовой электронике в Шаванга Лодж (штат Нью-Йорк, США) в сентябре 1959 г.
Как мы можем видеть, в отличие от того, что происходило в США, ни Басов, ни Прохоров не были знакомы с радарами и не занимались его исследованиями. Они пришли к концепции мазера из спектроскопии, и с общим желанием создать новые источники в диапазоне сантиметровых волн, что, кстати говоря, было их главной целью, когда они изучали синхротронное излучение. В этом отношении для них очень полезной была традиция российской научной школы, согласно которой поддерживались новые идеи, не заботясь об их немедленной практической реализации.
РљРѕРіРґР° первый мазер был запущен РІ РњРѕСЃРєРІРµ, посетители СЃРѕ всего Советского РЎРѕСЋР·Р° приходили посмотреть РЅР° него, Рё РіСЂСѓРїРїР° построила три мазера для исследования РёС… частотной стабильности. Также был построен мазер СЃ РґРІСѓРјСЏ встречными пучками, что позволило получить стабильность РЅР° СѓСЂРѕРІРЅРµ 109. Рто было использовано для создания стандарта частоты, который СЃ некоторыми улучшениями использовался для долговременного измерения времени РІРѕ Всесоюзном научно-исследовательском институте физико-технических Рё радиотехнических измерений (Р’РќР�Р�ФТРР�).
Трехуровневый мазер
Как мы увидим, мазер на молекулярном пучке, несмотря на его исключительные характеристики, не очень полезен для практических применений и, вероятно, если бы не разработки, которые мы опишем далее, изобретение Таунса, его сотрудников и других не вызвало бы большого внимания, за исключением научной области спектроскопии. Принципиальным недостатком аммиачного мазера, который ограничивает его применение, за исключением стандартов частоты, является то, что он испускает чрезвычайно узкую линию (на хорошо определенной частоте) и частоту этой линии нельзя изменять, т.е. настроить на другие частоты.
Простым способом увеличить как полосу частот, которые могут усиливаться в устройстве, так и способность изменять центральную частоту в этой полосе (т.е. производить настройку) является использование другого материала. �нтересным классом переходов представлялись переходы между магнитными уровнями ферромагнитных и парамагнитных материалов. Мы уже говорили, что энергетический уровень электрона в атоме расщепляется на много подуровней, когда атом помещается в магнитное поле (эффект Зеемана). Путем изменения напряженности внешнего магнитного поля, можно изменять интервал между ними и, тем самым, осуществлять настройку. При использовании твердых тел вместо газов также может сильно увеличиться мощность, поскольку концентрация парамагнитных ионов в твердом теле легко может быть в сотни тысяч раз большей, чем число молекул аммиака в пучке.