Учащиеся классов РАН узнали о лазерах — открытии, изменившем мир
16 ноября 2022 г. Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН
В конце октября в Институте физики им. Л.В. Киренского СО РАН для учеников школы № 10 имени академика Ю.А. Овчинникова – базовой школы РАН по направлению подготовки «физика» – прошли памятные чтения, посвященные празднованию 100-летия со дня рождения нобелевского лауреата Николая Геннадьевича Басова.
О масштабе личности, героической биографии и научно-организационных заслугах советского и российского физика одного из основоположников квантовой электроники академике Николае Басове рассказал во вступительном докладе доктор физико-математических наук профессор заведующий лабораторией когерентной оптики Василий Архипкин.
В пятидесятые годы прошлого века Николаем Басовым и Александром Прохоровым были выполнены пионерские работы в области радиоспектроскопии, в результате которых была получена генерация вынужденного излучения с помощью молекулярных пучков. За эти работы советские физики, совместно с американским ученым Чарльзом Таунсом, независимо реализовавшим аналогичную идею, были удостоены Нобелевской премии по физике в 1964 году. Слово «лазер» — это аббревиатура от Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (перевод: усиление света в результате вынужденного излучения). Несмотря на иностранное происхождение аббревиатуры, в создание лазера внесли огромный вклад наши соотечественники.
Но ни одно открытие не происходит внезапно. Это результат длительной, кропотливой работы. Заместитель директора по научной работе Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН кандидат физико-математических наук Андрей Вьюнышев в своей лекции «Лазеры: предпосылки и история создания» рассказал ребятам о том, какие великие открытия начала XX века предопределили создание лазера.
Принцип работы лазера основан на явлении вынужденного излучения света. Всемирно известный ученый Альберт Эйнштейн внес неоценимый вклад в развитие не только теории относительности, но и оптики. В 1917 году Альберт Эйнштейн ввел в физику понятие об индуцированном излучении, фактически предвосхищая появление лазеров. После исследований Эйнштейна многие физики заинтересовались этим направлением ввиду необычайных характеристик вынужденного излучения и попытались экспериментально реализовать эти идеи на практике, на что ушло несколько десятилетий. Среди них был наш соотечественник, выдающийся советский инженер-конструктор и преподаватель Московского энергетического института Валентин Фабрикант. Он предпринял ряд экспериментальных попыток для реализации вынужденного излучения, которые, опережая время, не могли увенчаться успехом в силу ограниченных технических возможностей того времени. В 1959 году Фабрикантом было получено авторское свидетельство «на способ усиления электромагнитного излучения (ультрафиолетового, видимого, инфракрасного и радиодиапазонов волн), основанный на использовании явления индуцированного испускания».
16 мая 1960 года американский физик Теодор Мейман сделал первый в мире лазер, получив в кристалле рубина генерацию когерентного света в красной области спектра. Результаты работы были опубликованы в журнале Nature.
Последователи школы Николая Геннадьевича Басова работают не только в Москве, но и по всей России, в том числе в Красноярске. Это несколько лабораторий, входящих в состав отдела оптики. По этой теме выпущено множество книг, одна из них под редакцией академика Басова, которую доктор физико-математических наук заведующий лабораторией фотоники молекулярных систем Иван Тимофеев принес показать школьникам во время своего доклада «Микролазеры и метаповерхности». По его словам, эта книга не теряет своей актуальности. Такие великие открытия, которые прославили физику, как урановые технологии, транзистор, лазер, спутник, были сделаны более 50 лет назад. Электроника наша все быстрее и быстрее, в гаджетах все больше камер, но каких-то принципиально новых физических законов там нет.
«Мы сталкиваемся с микролазером и инфракрасными лучами, например, в своем смартфоне, когда с помощью системы face ID, он сканирует наше лицо и «узнает хозяина». Сейчас в мире около одного миллиарда пользователей смартфонов. Значит каждый день производится около одного миллиона таких устройств. С одной стороны, каждое из них в работе использует лазер. С другой, само производство — это автоматизированный процесс, где многие детали создают с помощью лазера.
Вычислительная техника в прошлом была большой и медленной. Потом начался процесс миниатюризации электроники. С помощью лазеров и фотолитографии платы стали делать все меньше и меньше. Когда размер уменьшился до одного микрона, электроника стала энергосберегающей, быстрой и относительно дешевой. Прогресс остановился по скорости работы электронных устройств на гигагерцах. Даже у мощного стационарного компьютер тактовая частота процессора как правило не больше 5 гигагерц. Следующий шаг – использовать в наших устройствах не тяжелые электроны, а фотоны. У фотона массы покоя нет, он легкий — значит может колебаться намного быстрее. Фотоны могут работать на террагерцевых тактовых частотах, что в тысячу раз быстрее современных электронных устройств. Такие технологии называются фотоникой.
Мы прошли промышленную революцию, сейчас революция информационная. В будущем нас ждет нанореволюция. Несмотря на популярность темы нанотехнологий, научных статей по лазерам и оптическим технологиям намного больше. За один только год с ключевым словом «лазер» было опубликовано столько же статей, сколько за 20 лет с ключевым словом «наноматериал». По количеству научных статей по теме лазеров российская наука на 4-ом месте в мире, что говорит о востребованности и важности этого направления».
Памятные чтения завершились выступлением кандидата физико-математических наук научного сотрудника лаборатории когерентной оптики Дениса Иконникова «Лазеры в науке и технике». Помимо науки, лазеры произвели настоящую революцию в технике и повседневной жизни. С их помощью сегодня проводят хирургические операции, записывают музыку и фильмы, печатают на принтерах, вырезают детали для мебели и делают многое другое. Это была хорошая теоретическая подготовка для ребят перед экскурсией в лаборатории когерентной оптики и молекулярной спектроскопии.
Во время экскурсии Андрей Вьюнышев рассказал школьникам про исследования оптических и спектральных свойств кристаллов и структур, лазерные методы исследования веществ и элементарных процессов в природе. Гости познакомились с научным оборудованием, в том числе с лазерными системами и другой измерительной техникой.
В лаборатории молекулярной спектроскопии ученики познакомились с таким перспективным направлением, как изучение жидких кристаллов и узнали, где они применяются, увидели, как выглядит структура жидкого кристалла под микроскопом. Учащиеся узнали от кандидата физико-математических наук старшего научного сотрудника Александра Крылова про кристаллические пористые материалы из органических и неорганических компонентов, к примеру, из ионов металлов, связанных между собой органическими молекулами.
Информационным партнером мероприятия выступил Краевой фонд науки.
Поделиться: