|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
NAJWAŻNIEJSZE ODKRYCIA NAUKOWE
Laser. Historia i istota odkryć naukowych
Katalog / Najważniejsze odkrycia naukowe Słowo „laser” powstało z początkowych liter długiej frazy w języku angielskim, która dosłownie oznacza „wzmocnienie światła przez emisję wymuszoną”. „Naukowcy od dawna zwracają uwagę na zjawisko spontanicznej emisji światła przez atomy”, pisze M.M. Koltun w książce „Świat fizyki”, „które występuje dzięki temu, że elektron wzbudzony w jakiś sposób powraca z górnych powłok elektronowych atomu do niższych. Nic dziwnego zjawisko Luminescencja chemiczna, biologiczna i świetlna spowodowana takimi przejściami od dawna przyciąga badaczy swoim pięknem i niezwykłością. Ale światło luminescencyjne jest zbyt słabe i rozproszone, nie może dotrzeć do Księżyca.. . Każdy atom podczas luminescencji emituje własne światło w różnym czasie, nieskoordynowane z sąsiednimi atomami. W rezultacie pojawia się chaotyczne promieniowanie rozbłyskowe. Atomy nie mają przewodnika! W 1917 roku Albert Einstein w jednym z artykułów teoretycznie wykazał, że zewnętrzne promieniowanie elektromagnetyczne pozwoliłoby na dopasowanie do siebie błysków promieniowania poszczególnych atomów. Może spowodować, że elektrony różnych atomów będą latać jednocześnie do równie wysokich poziomów wzbudzenia. Nie jest trudno, aby to samo promieniowanie pełniło rolę wyzwalacza „świetlnego strzału”: skierowane na kryształ może spowodować równoczesny powrót kilkudziesięciu tysięcy wzbudzonych elektronów na ich pierwotne orbity, co spowoduje towarzyszyć mu będzie potężny, oślepiająco jasny błysk światła, światło o niemal tej samej długości fali lub, jak mówią fizycy, światło monochromatyczne. Praca Einsteina została prawie zapomniana przez fizyków: badania nad strukturą atomu były wówczas dla wszystkich o wiele bardziej interesujące. W 1939 roku młody radziecki naukowiec, obecnie profesor i członek zwyczajny Akademii Nauk Pedagogicznych V.A. Fabrikant powrócił do wprowadzonej przez Einsteina do fizyki koncepcji emisji wymuszonej. Badania Valentina Aleksandrowicza Fabrikanta położyły solidne podwaliny pod stworzenie lasera. Jeszcze kilka lat intensywnych badań w spokojnym, spokojnym otoczeniu, a laser zostałby stworzony. „Ale stało się to dopiero w latach pięćdziesiątych dzięki twórczej pracy sowieckich naukowców Prochorow, Basow i amerykański Charles Hard Townes (1915) . Aleksander Michajłowicz Prochorow (1916-2001) urodził się w Atorton (Australia) w rodzinie pracującego rewolucjonisty, który w 1911 r. uciekł do Australii z zesłania syberyjskiego. Po Wielkiej Socjalistycznej Rewolucji Październikowej rodzina Prochorow wróciła do ojczyzny w 1923 roku i po pewnym czasie osiedliła się w Leningradzie. W 1934 r. Aleksander ukończył tu gimnazjum ze złotym medalem. Po szkole Prochorow wstąpił na Wydział Fizyki Leningradzkiego Uniwersytetu Państwowego (LGU), który ukończył z wyróżnieniem w 1939 roku. Następnie wstąpił do szkoły podyplomowej Instytutu Fizycznego im PN Lebiediew Akademia Nauk ZSRR. Tutaj młody naukowiec zaczął badać procesy propagacji fal radiowych na powierzchni Ziemi. Zaproponował autorską metodę badania jonosfery metodą interferencji radiowej. Od samego początku II wojny światowej Prochorow był w szeregach armii w terenie. Walczył w piechocie, w wywiadzie, odznaczał się odznaczeniami wojskowymi, był dwukrotnie ranny. Zdemobilizowany w 1944 r., po drugiej ciężkiej ranie, powrócił do pracy naukowej przerwanej wojną w FIAN. Prochorow zaangażował się w istotne wówczas badania nad teorią oscylacji nieliniowych, metodami stabilizacji częstotliwości generatorów radiowych. Prace te stanowiły podstawę jego pracy doktorskiej. Za stworzenie teorii stabilizacji częstotliwości generatora lampowego w 1948 r. Został nagrodzony akademikiem L.I. Mandelsztama. W 1948 roku Aleksander Michajłowicz rozpoczął badania natury i charakteru promieniowania elektromagnetycznego emitowanego w cyklicznych akceleratorach cząstek naładowanych. W bardzo krótkim czasie udaje mu się przeprowadzić dużą serię udanych eksperymentów w celu zbadania spójnych właściwości promieniowania magneto-bremsstrahlunga relatywistycznych elektronów poruszających się w jednorodnym polu magnetycznym w synchrotronie - promieniowaniu synchrotronowym. W wyniku przeprowadzonych badań Prochorow udowodnił, że promieniowanie synchrotronowe może być wykorzystane jako źródło promieniowania koherentnego w zakresie długości fal centymetrowych, określił główne cechy i moc źródła oraz zaproponował metodę wyznaczania wielkości wiązek elektronów. Ta klasyczna praca otworzyła całą drogę badań. Jego wyniki zostały sformalizowane w formie rozprawy doktorskiej, którą z sukcesem obronił Aleksander Michajłowicz w 1951 roku. W 1950 roku Prochorow rozpoczął pracę w zupełnie nowym kierunku w fizyce - spektroskopii radiowej, stopniowo odchodząc od pracy w dziedzinie fizyki akceleratorów. W tym czasie w spektroskopii opanowano nowy zakres długości fal, centymetr i milimetr. Widma rotacyjne i niektóre oscylacyjne molekuł mieszczą się w tym zakresie. Otworzyło to zupełnie nowe możliwości w badaniu podstawowych pytań dotyczących budowy cząsteczek. Bogate doświadczenie doświadczalne i teoretyczne Prochorow w dziedzinie teorii oscylacji, inżynierii radiowej i fizyki radiowej najlepiej nadało się do opanowania tej nowej dziedziny. Przy wsparciu akademika D.V. Skobeltsyn w możliwie najkrótszym czasie wraz z grupą młodych pracowników laboratorium drgań Prochorow stworzył domową szkołę spektroskopii radiowej, która szybko zdobyła czołowe pozycje w światowej nauce. Jednym z tych młodych pracowników był Nikołaj Giennadiewicz Basow, absolwent Moskiewskiego Instytutu Fizyki Inżynierskiej. Basow urodził się 14 grudnia 1922 r. w mieście Usman w obwodzie woroneskim (obecnie obwód lipecki) w rodzinie Giennadija Fiodorowicza Basowa, późniejszego profesora Uniwersytetu Woroneskiego. Ukończenie szkoły przez Basowa zbiegło się z początkiem Wielkiej Wojny Ojczyźnianej. W 1941 r. Nikołaj został wcielony do wojska. Został wysłany do Wojskowej Akademii Medycznej w Kujbyszewie. Rok później został przeniesiony do kijowskiej wojskowej szkoły medycznej. Po ukończeniu studiów w 1943 r. Basow został wysłany do batalionu obrony chemicznej. Od początku 1945 r. do demobilizacji, pod koniec tego roku był w szeregach wojska. W 1946 Basov wstąpił do Moskiewskiego Instytutu Mechanicznego. Po ukończeniu instytutu w 1950 roku rozpoczął studia podyplomowe na Wydziale Fizyki Teoretycznej. Od 1949 r. Nikołaj Giennadiewicz pracuje w Instytucie Fizyki Akademii Nauk ZSRR. Jego pierwszym stanowiskiem był inżynier w Laboratorium Oscylacji kierowanym przez akademika mgr. Leontowicz. Następnie zostaje młodszym pracownikiem naukowym w tym samym laboratorium. W tamtych latach grupa młodych fizyków kierowana przez Prochorowa rozpoczęła badania w nowym kierunku naukowym - spektroskopii molekularnej. W tym samym czasie rozpoczęła się owocna współpraca Basowa i Prochorowa, która doprowadziła do fundamentalnych prac w dziedzinie elektroniki kwantowej. W 1952 r. Prochorow i Basow przedstawili pierwsze wyniki teoretycznej analizy skutków wzmocnienia i generowania promieniowania elektromagnetycznego przez układy kwantowe, a później zbadali fizykę tych procesów. Po opracowaniu szeregu spektroskopów radiowych nowego typu laboratorium Prochorow zaczęło uzyskiwać bardzo bogate informacje spektroskopowe dotyczące określania struktur, momentów dipolowych i stałych sił cząsteczek, momentów jąder itp. Analizując graniczną dokładność mikrofalowych wzorców częstotliwości molekularnych, którą określa przede wszystkim szerokość linii absorpcji molekularnej, Prochorow i Basow zaproponowali wykorzystanie efektu ostrego zwężenia linii w wiązkach molekularnych. „Jednak przejście do wiązek molekularnych”, piszą I.G. Bebikh i V.S., wywołało przejścia między dwoma stanami energetycznymi cząsteczek z absorpcją kwantu podczas przejścia z poziomu niższego na wyższy (absorpcja indukowana, stymulowana) oraz z emisją kwantu podczas przejścia z wyższego poziomu w dół (emisja indukowana, wymuszona). Jest więc proporcjonalna do różnicy między populacjami energii niższej i wyższej Dla dwóch poziomów oddzielonych odległością energetyczną równą kwantowi promieniowania mikrofalowego , ta różnica populacji stanowi tylko niewielką część całkowitej gęstości cząstek ze względu na termiczną populację poziomów w stanie równowagi w zwykłych temperaturach zgodnie z rozkładem Boltzmanna. Wtedy też pojawił się pomysł, aby poprzez sztuczną zmianę populacji poziomów w wiązce molekularnej, tj. poprzez stworzenie warunków nierównowagowych (lub niejako własnej „temperatury”, która determinuje populację tych poziomów), można znacząco zmienić intensywność linii absorpcji. Jeśli liczba cząsteczek na górnym poziomie roboczym zostanie znacznie zmniejszona przez wydzielenie takich cząstek z wiązki, na przykład za pomocą niejednorodnego pola elektrycznego, wówczas intensywność linii absorpcji wzrasta. Niejako w wiązce powstaje bardzo niska temperatura. Jeśli jednak molekuły zostaną w ten sposób usunięte z niższego poziomu roboczego, to w układzie nastąpi wzmocnienie w wyniku emisji wymuszonej. Jeżeli wzmocnienie przewyższa straty, to układ ulega samowzbudzeniu z częstotliwością, która wciąż jest określana przez częstotliwość danego przejścia kwantowego cząsteczki. Natomiast w wiązce molekularnej nastąpi inwersja populacji, czyli powstanie rodzaj ujemnej temperatury.” Tak powstała idea generatora molekularnego, którą zarysował znany cykl klasycznych wspólnych prac AM Prochorow i N.G. Basow 1952-1955. Stąd rozpoczął się rozwój elektroniki kwantowej - jednej z najbardziej owocnych i najszybciej rozwijających się dziedzin współczesnej nauki i techniki. W istocie głównym, fundamentalnym krokiem w tworzeniu generatorów kwantowych było przygotowanie nierównowagowego promieniującego układu kwantowego z inwersją obsadzeń (o ujemnej temperaturze) i umieszczenie go w układzie oscylacyjnym z dodatnim sprzężeniem zwrotnym – rezonatorze wnękowym. Mogli i powinni byli tego dokonać naukowcy, którzy połączyli doświadczenie w badaniu systemów mechaniki kwantowej i kultury radiofizycznej. Dalsze rozszerzenie tych zasad na zakresy optyczne i inne było nieuniknione. Prochorow i Basow zaproponowali nową metodę uzyskiwania inwersji populacji w układach trójpoziomowych (i bardziej złożonych) poprzez nasycenie jednego z przejść pod działaniem silnego promieniowania pomocniczego. Jest to tak zwana „metoda trzech poziomów”, zwana później również metodą pompowania optycznego. To on pozwolił w 1958 roku Fabry-Perot stworzyć prawdziwą naukową podstawę dla rozwoju innych zakresów. Zostało to z powodzeniem wykorzystane w 1960 roku przez T. Meimana przy tworzeniu pierwszego lasera rubinowego. Pracując jeszcze nad generatorami molekularnymi, Basov wpadł na pomysł możliwości rozszerzenia zasad i metod radiofizyki kwantowej na zakres częstotliwości optycznych. Od 1957 roku poszukuje sposobów na stworzenie optycznych generatorów kwantowych - laserów. W 1959 r. Basow wraz z B.M. Vulom i Yu.M. Popov przygotował pracę „Kwantowo-mechaniczne generatory półprzewodnikowe i wzmacniacze oscylacji elektromagnetycznych”. Zaproponowano wykorzystanie populacji odwrotnej w półprzewodnikach, uzyskanej w impulsowym polu elektrycznym, do stworzenia lasera. Ta propozycja, wraz z propozycjami naukowców amerykańskich w sprawie wykorzystania kryształów rubinu (C. Townes, A. Shavdov) i mieszanin gazowych (A. Javan), zapoczątkowała systematyczny rozwój zakresu częstotliwości optycznych przez kwant elektronika. W 1964 roku Basow, Prochorow i Towns (USA) zostali laureatami Nagrody Nobla, którą przyznano im za badania podstawowe w dziedzinie elektroniki kwantowej, które doprowadziły do powstania maserów i laserów. Autor: Samin D.K.
▪ Zarazki
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Określanie kaloryczności jedzenia na podstawie zdjęcia ▪ Elektroniczne zamki do procesorów Godson ▪ Lekarze zamiast pagerów otrzymają smartfony i smartwatche
▪ Sekcja telefoniczna witryny. Wybór artykułów ▪ artykuł Meble wiejskie z desek. Wskazówki dla mistrza domu ▪ artykuł Jaką rolę odegrały psy w zdobyciu bieguna południowego? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Mech dębowy. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Multiwibrator - flasher. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Róża w szklanym wazonie. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony