Страница 122 из 161
Мейман начинает создавать рубиновый мазер
Теодор Мейман родился в 1927 г. После учебы в университете Колорадо и после получения докторской степени по физике в 1955 г. в Стэнфордском университете по диссертации, посвященной микроволновой спектроскопии, он стал работать в промышленности. Вначале он был исследователем в Lockheed Aircraft, где занимался изучением проблем коммуникаций для управляемых снарядов. Затем он перешел в Hughes для работы над мазером.
Р’Рѕ время своей работы над диссертацией РІ Стэнфорде Мейман изучал тонкую структуру возбужденных состояний гелия. Р’ своей работе РѕРЅ использовал разработанные РёРј измерительные методики, которые представляли комбинацию электроники, техники микроволн Рё оптических РїСЂРёР±РѕСЂРѕРІ. Р’ Hughes РѕРЅ стал работать РІРѕ РІРЅРѕРІСЊ созданном Отделе атомной физики. Главной целью была генерация когерентных частот, более высоких, чем удавалось получать РІ то время. Рто было время, РєРѕРіРґР° появился аммиачный мазер. Р’ Hughes РІРѕР·РЅРёРє большой интерес Рє исследованиям мазеров. Однако Мейман сперва работал РїРѕ РґСЂСѓРіРѕРјСѓ контракту. РљРѕРіРґР° РѕРЅ окончил эту работу, то пожелал работать РІ области фундаментальных исследований, РЅРѕ ведомство РђСЂРјРёРё, которое финансировало эту работу, требовало РІ то время практический мазер, работающий РЅР° длине волны 3 СЃРј. Р�С… РЅРµ интересовали какие-либо научные достижения, РѕРЅРё просто хотели иметь такой мазер, Рё Меймана попросили возглавить проект. РЈ него это РЅРµ вызвало энтузиазма, поскольку проект был чисто техническим, Р° РѕРЅ стремился Рє исследовательской деятельности. РќРѕ затем РѕРЅ заинтересовался Рё, хотя заказчики РЅРµ требовали, чтобы РѕРЅ сделал выдающееся изделие, решил, что может сделать мазер более практичным.
Мазеры в то время имели два серьезных практических недостатка. Главная трудность была в том, что твердотельный мазер (наиболее полезный тип) требовал для своей работы очень низких температур. В самом деле температура жидкого гелия, которая требовалась, всего лишь на 4 К выше абсолютного нуля. Другая проблема была в том, что в обычном мазере использовался огромный магнит весом около двух тонн. Он был нужен, чтобы получить зеемановские уровни, требуемые для работы мазера. Внутри магнита помещался дьюар (специальный сосуд, в котором может продолжительное время сохраняться сжиженный газ). В него приходилось подливать жидкий азот с температурой 166 С, которая была первой стадией охлаждения гелия. В дьюар с жидким азотом помещался второй дьюар с жидким гелием. Сам мазер представлял маленький резонатор с кристаллом внутри него. Все это помещалось в дьюар с жидким гелием, который, в свою очередь, помещался между полюсами магнита. Магнит должен был обеспечить сильное поле во всей области, занимаемой дьюарами, резонатором и кристаллом. Поэтому он имел большие размеры и вес.
Предпочтительным материалом для мазера в то время был рубин. Мейман решил, что он может кое-что сделать, также используя рубин. Он сделал миниатюрный резонатор, используя сам кристалл рубина. С этой целью рубин вырезался в виде маленького параллелепипеда. Его грани покрывались слоем серебра, имеющего высокую проводимость. В одной из стенок, делалось маленькое отверстие. Таким образом получался резонатор и, одновременно, активный материал. Затем он решил, вместо того, чтобы помещать двойной дьюар в громадный магнит, взять маленький постоянный магнит и поместить его в дьюар. Были опасения, что магнит лопнет, но все сработало прекрасно. В результате все устройство стало весить не более 15 кг вместо двух тонн и работало много лучше и много более стабильно, чем прежде.
Позднее он сделал еще меньшие мазеры весом не более 2 кг и разработал горячий мазер, который работал при температуре жидкого азота и даже сухого льда.
Рубиновый лазер
В первой половине 1960 г. предположения о лазерных материалах сосредоточивались на газах, и более конкретно на парах щелочных металлов, возбуждаемых оптическим излучением, а также на инертных газах, возбуждаемых электрическим разрядом. Успех, полученный Мейманом с рубиновым лазером, был поистине сюрпризом. Однако это не было случайным открытием. Уже работая с рубином как с материалом для мазера, Мейман решил использовать его в качестве отправного материала для лазера. Вначале он выполнил некоторые расчеты, но без успеха, поскольку �рвин Видер опубликовал работу, в которой указал, что квантовая эффективность рубина (т.е. число фотонов люминесцентного излучения на каждый поглощенный фотон) была всего лишь около 1%.