Страница 128 из 161
Некоторое время спустя РЎРѕСЂРѕРєРёРЅ СЃРѕ СЃРІРѕРёРј техником Джоном Ланкардом построил лазер РґСЂСѓРіРѕРіРѕ типа РЅР° жидкости. РћРЅ стал первым РІ серии лазеров, речь Рѕ которых будет далее. Р’ РЅРёС… используются растворы органических красителей. Рти лазеры успешно разрабатывались РІРѕ РјРЅРѕРіРёС… лабораториях Рё используются РґРѕ СЃРёС… РїРѕСЂ.
Гелий-неоновый лазер
Кроме Шавлова, еще два исследователя Bell Labs работали в 1958 г. над проблемой лазера: Али Джаван и Джон Сандерс. Джаван был иранцем по происхождению. Он получил докторскую степень в 1954 г. под руководством Таунса по теме радиоспектроскопии. Он четыре года оставался в группе Таунса, работая в области радиоспектроскопии и мазеров. После защиты диссертации, когда Тау не был в творческом отпуске в Париже и в Токио, Джаван стал более активно заниматься мазерами и пришел к идее трехуровнего мазера, прежде чем группа из Bell Labs опубликовала экспериментальную работу по этой теме. Он нашел метод получения усиления безынверсной населенности, используя, в частности, эффект Рамана в трехуровневой системе, однако он опубликовал свои результаты позже, чем группа из Bell.
В апреле 1958 г., когда он искал место в Bell Labs, общался с Шавловым, который рассказал ему о лазерах. В августе 1958 г. он был принят в Bell Labs, и в октябре начал систематические исследования по лазерам. Первоначально он имел там этические затруднения. Компания RCA предварительно изучила его записи о трехуровневом мазере и установила, что его даты предшествуют датам группы из Bell. RCA заплатила ему $1000 за право на патент, и начала спор с Bell, где Джаван уже работал. В течение примерно шести месяцев Джаван имел дело с юристами из RCA и Bell Labs. К счастью, RCA провела маркетинговое исследование и, убедившись, что этот мазерный усилитель не сулит прибыли, прекратила дело, оставив патент Bell Labs.
�так, Джаван мог всецело посвятить себя лазеру. Он думал построить его, используя газы, и опубликовал предполагаемую конструкцию в Physical Review Letters в 1959 г. Он решил использовать газ в качестве активной среды, поскольку полагал, что это простое вещество облегчит исследования. Однако он думал, что невозможно использовать мощные лампы для накачки атомов прямо в возбужденное состояние, и рассматривал возбуждение либо прямыми столкновениями с электронами в среде чистого неона, либо путем столкновений второго рода. В последнем случае разрядная трубка наполняется двумя газами, которые выбираются так, что атомы первого газа, возбуждаемые столкновениями с электронами в электрическом разряде, могут передавать свою энергию атомам второго газа, возбуждая их. Некоторые смеси газов имели структуру энергетических уровней, которая удовлетворяла этим условиям. Фактически, необходимо, чтобы энергетический уровень второго газа имел энергию, практически равную энергии возбуждения первого газа. �з возможных комбинаций газов Джаван выбрал комбинацию гелия и неона, уровни которых показаны на рис. 54. Он считал, что любой физический процесс стремится к установлению больцмановского распределения энергии по уровням (т.е. населенность нижнего уровня больше, чем населенность верхнего). Поэтому среда с инверсной населенностью может получиться в стационарном процессе только в результате конкуренции различных физических процессов, протекающих с разной скоростью.
Рто можно лучше понять РЅР° примере СЃ рассмотрением дерева СЃ ветками (РґРІРµ РЅР° СЂРёСЃ. 55), РЅР° которых СЃРёРґСЏС‚ обезьяны. Рассмотрим сперва населенность согласно больцмановской статистике, С‚.Рµ., скажем, четыре обезьяны СЃРёРґСЏС‚ РЅР° верхней ветке (1), пять РЅР° нижней (2) Рё шесть РЅР° земле (3, РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ уровень). Р�Р· этих трех уровней РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ наиболее населен, Рё чем выше уровень, тем менее РѕРЅ заселен. Однако обезьяны РЅРµ СЃРёРґСЏС‚ РЅР° месте, РЅРѕ прыгают РїРѕ веткам (для примера РјС‹ можем полагать, что это РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ каждую минуту). Населенности РЅР° СѓСЂРѕРІРЅСЏС… РїСЂРё этом остаются РѕРґРЅРёРјРё Рё теми же РІРѕ времени (равновесная ситуация). Предположим теперь, что РјС‹ продолжаем заселять ветки СЃ той же скоростью (РѕРґРЅР° обезьяна Р·Р° минуту), РЅРѕ РІ то же время РјС‹ смачиваем ветку 2 Рё делаем ее скользкой. Теперь обезьяны РЅРµ РјРѕРіСѓС‚ оставаться РЅР° ней более, например, 10 секунд. Поэтому эта ветка быстро расселяется, Рё РІСЃРєРѕСЂРµ РЅР° ветке 1 оказывается больше обезьян, чем РЅР° ветке 2. Таким образом, получается инверсная населенность РёР·-Р·Р° того, что время пребывания обезьяны РЅР° разных ветках различно. Хотя это очень примитивные рассуждения, РЅРѕ РѕРЅРё помогают понять соображения Джавана.