ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК, 2007, том 77, № 10, с. 915-920
ВРЕМЕНА И НРАВЫ: _
МЕМУАРЫ, ПИСЬМА, ДНЕВНИКИ
КАК ЭТО БЫЛО
К ИСТОРИИ РУБИНОВОГО ЛАЗЕРА
Писать свои Memoires заманчиво и приятно. Никого так не любишь, никого так не знаешь, как самого себя. Предмет неистощимый. Но трудно.
А.С. Пушкин к П.А. Вяземскому (1825)
Я оказался в Физическом институте им. П.Н. Лебедева (ФИАН) весной 1961 г. Николай Геннадиевич Басов лично взял меня на работу, потому что я закончил кафедру оптики физфака МГУ. Он спросил меня, знаю ли я, что такое интерферометр Фабри-Перо и умею ли его настраивать. По-видимому, мои ответы оказались удовлетворительными, и я был определён в группу Б.Д. Осипо-ва, занимавшуюся созданием полупроводникового лазера. В начале лета меня призвали на трёхмесячные военные курсы офицерской переподготовки. Надо сказать, что на военной кафедре МГУ физфаковцы изучали радиолокацию, конкретно, станцию СОН-4 (аналог американской SCR-534). Знание радиолокационной техники мне очень пригодилось, так как важнейшие методы генерации лазерных импульсов - модуляция добротности (^-модуляция) и синхронизация мод - возникли в значительной мере под влиянием принципов радиолокации, а метод получения сверхмощных ультракоротких импульсов - усиления чирпирован-ных (растянутых) импульсов - является оптическим аналогом современной радиолокационной техники. Во время нашей работы с В.С. Зуевым над лазером с модулированной добротностью, о которой речь пойдёт далее, мы использовали высоковольтный модулятор станции СОН-4 для управления затвором Керра.
1960-е годы были временем "бури и натиска" в советской науке. Заслугам физиков в создании атомной бомбы воздавалось должное, а успехи в космосе вознесли престиж науки на небывалую высоту. В 1961 г. Н.С. Хрущёв созвал в Кремле специальное совещание, посвящённое науке, и я видел Николая Геннадиевича, возвратившегося оттуда и преисполненного воодушевления. Некоторые выступления, прозвучавшие на совещании, печатались в "Правде", в частности выступление Л.А. Арцимовича, тогда академика-секретаря Отделения общей физики и астрономии АН СССР.
Рассказывая о своих работах по овладению неисчерпаемыми запасами термоядерной энергии, он заметил, что более важными считает работы молодых физиков Н.Г. Басова и А.М. Прохорова, которые исследуют совершенно новые методы генерации электромагнитных волн. Хотя, добавил он, это не наука, а научное изобретательство. Тогда, помню, в ФИАНе это замечание Л.А. Арцимовича многих позабавило. Оглядываясь назад, я осознаю, что оно имело глубокий смысл.
В то время, да и много позже, огромное значение для развития квантовой электроники имел семинар лаборатории колебаний ФИАНа, руководимый А.М. Прохоровым (секретарём семинара был В.Г. Веселаго). В начале сентября 1961 г. на одном из заседаний состоялся доклад Н.Г. Басова с большим числом соавторов (О.Н. Крохин, Ю.М. Попов, Б.Д. Осипов, Г.М. Страховский и, может быть, другие). В нём излагалась идея лазера с модуляцией добротности (я впервые услышал такое сочетание слов). Предполагалось ввести в резонатор лазера систему двух софокусных собирающих линз и быстро вращающийся диск с отверстием, попадающим в положение их общего фокуса. Предлагалась схема, которая теперь представляется тривиальной. Когда диск перекрывает лучи импульсной лампы, происходит накачка рубина в отсутствии генерации до максимально возможного уровня инверсной населённости (при минимальной добротности оптического резонатора). Затем, при быстром попадании отверстия диска в фокус, добротность резко увеличивается, генератор оказывается перевозбуждённым и высвечивает запасённую в рубине энергию в виде короткого импульса. К тому времени рубиновый лазер (это словосочетание было под официальным запретом, следовало говорить: "оптический квантовый генератор, или ОКГ") уже работал в ФИАНе, запущенный А.М. Леонтовичем. Было известно, что лазер испускает излучение в виде
915
4*
П.Г. Крюков (на переднем плане) и Ю.Ю. Стойлов настраивают лазер. 1960-е годы
беспорядочной последовательности импульсов (пичков, как тогда говорили), длительность которых была около 1 мкс, а продолжительность самой последовательности была несколько меньше времени горения импульсной лампы накачки (около 1 мс). Энергия излучения оценивалась в 1 Дж. Авторы доклада делали вывод, что если излучение будет сосредоточено в одном импульсе, то его пиковая мощность может составить около 1 МВт. В то время такая величина впечатляла.
Вскоре после доклада Н.Г. Басов вызвал меня и представил Виталию Сергеевичу Зуеву, поручив ему осуществить идею лазера с модуляцией добротности. Хотя Виталий Сергеевич был уже опытным специалистом и имел важный результат -запуск и исследование молекулярного генератора на дейтерированном аммиаке, он отнёсся ко мне как к равному. Сразу же предложил перейти на "ты" и стал обучать премудростям эксперимента.
Надо сказать, что в то время во всех лабораториях ФИАНа буквально кипела работа, сотрудники проявляли доброжелательность в общении, делились своими знаниями и даже отдавали свои разработки. Виталий Сергеевич водил меня по лабораториям и мастерским, представлял как коллегу-оптика, и мы часто уходили из лаборатории с "добычей". Приведу один пример. В нашей будущей установке зеркала резонатора должны были не наноситься на торцы рубина, как тогда делали, а устанавливаться отдельно, на расстоянии друг от друга. При этом возникала проблема
их крепежа и интерферометрической настройки. Молодой сотрудник лаборатории С.Л. Мандельштама В.Г. Колошников создал установку со сканируемым во времени интерферометром Фабри-Перо. В отличие от стандартного эталона он укрепил одно из зеркал отдельно на пьезокерами-ческом держателе. Я знал его работу, она докладывалась на традиционной Всесоюзной конференции по спектроскопии. Мы пришли к нему за консультацией, а он не только дал ценные советы и чертежи установки, но и подарил нам детали, которые мы позднее с успехом использовали. В другой лаборатории нам подарили быстровра-щающиеся моторы от гироскопов, кажется, с подводной лодки. Но самым главным была неоценимая помощь со стороны создателей первого в ФИАНе лазера - А.М Леонтовича и его коллег.
При самой доброжелательной поддержке мы очень скоро собрали лазерную установку и стали продвигаться к нашей цели. На этом пути нам удалось получить несколько важных для своего времени результатов. Поскольку мы сделали лазер с внешними зеркалами, потребовалось освоить настройку зеркал. Сначала мы использовали самодельную автоколлимационную схему, но вскоре обнаружили, что в комплекте оптических скамей ОСК-2 и ОСК-4 есть отличный автоколлиматор, а сами скамьи, со своим оптическим рельсом и столиками, позволяют собирать лазерные схемы. Оптическая скамья надолго стала необходимым атрибутом лазерных исследований. Кристаллы рубина были в то время низкого оптического качества и малых размеров (4 х 4 мм и длиной 20-30 мм). Большинство из них изготавливались из буль искусственных рубинов, выращиваемых для часовой промышленности. На них трудно было получить обычную генерацию, а не только режим ^-модуляции.
Применение выносных зеркал дало определённое преимущество. При нанесении зеркал на торцы рубина путём распыления в вакууме серебра выходное зеркало пылилось "на глазок": наблюдали раскалённую лодочку через контрольное стекло. А.М. Леонтович научил нас этой технологии. Виталий Сергеевич, прекрасно разбираясь в вакуумной технике, поручил радиотехнику В.Д. Демьянову сделать такую же установку, на которой мы стали изготавливать нужные нам зеркала. Надо отметить, что на стеклянных подложках коэффициент отражения получался выше, чем на рубине, из-за лучшей полировки стекла.
Используя зеркала с максимальным отражением, мы убедились, что можно заметно понизить порог генерации и заставить работать некоторые забракованные рубины. В традиционном лазере
излучение выходит через зеркало, имеющее малое пропускание, величина которого определялась, как я уже сказал, "на глазок". Поскольку у нас оба зеркала имели максимальное отражение, надо было как-то по-другому выводить излучение. Мы сообразили, что это можно сделать, если ввести в резонатор плоско-параллельную стеклянную пластину с френелевским отражением от её поверхностей. Схема сработала, причём излучение было более ярким, чем в случае с зеркалами, напылёнными на торцы. Мы решили попытаться прожечь лезвие бритвы. Было известно, что это возможно, но в ФИАНе ни у кого не получалось. Мы взяли фотографический объектив и в его фокусе поместили бритву (вопреки рекомендациям А.М. Леонтовича, советовавшего фокусировать торец рубина). Бритву удалось прожечь, что доставило огромное удовольствие - бритвы с крошечным отверстием стали сувенирами.
Этот, казалось бы, ничтожный результат способствовал выдвижению Н.Г. Басовым идеи использовать мощное лазерное излучение для получения плотной, высокотемпературной плазмы. О.Н. Крохин выполнил обстоятельные расчёты, показывающие, что, несмотря на гидродинамический разлёт плазмы, происходит её нагрев по определённому степенному закону, и при гигаваттных мощностях лазерного излучения можно ожидать достижения термоядерных температур [1]. Эта работа Н.Г. Басова и О.Н. Крохина обсуждалась в Институте атомной энергии им. И.В. Курчатова в отделе Л.А. Арцимовича. Лев Андреевич не только одобрил идею, но поручил своим сотрудникам помогать нам в наших исследованиях. С нами стала работать Т.И. Филиппова. В результате мы получили установку с детектором одиночных нейтронов, который предполагалось использовать для обнаружения нейтронов термоядерной реакции.
Было ясно, что необходимо повысить выходную мощность лазера. Мы знали, что, изменяя наклон пластинки внутри резонатора лазера, можно подобрать оптимальную выходную связь за счёт изменения френелевского отражения. Важно было определять параметры лазерного излучения, что требовало измерений энергии и длительности импульса лазерного излучения. Мы решили создать прибор для определения энергии - калориметр. С этой целью изучили оригинальные работы П.Н. Лебедева по измерению давления света. В
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.