Вступительное слово президента РАН, академика Осипова Ю.С. на Научной сессии Общего собрания
16.12.2010
Стенограмма
Сегодня мы открываем научную сессию «Лазеры: 50 лет в науке, технологиях и медицине».
Уважаемые коллеги! Тема нынешней научной сессии «Лазеры: 50 лет в науке, технологиях и медицине». Общепризнано, что днем рождения лазера считается 16 мая 1960 года. Эта дата отмечена в рабочей тетради Теодора Меймана, ученого, создавшего первый в мире лазер – рубиновый лазер. Это событие можно рассматривать как революционное достижение мировой науки двадцатого столетия. Появление лазера оказало огромное влияние на развитие многих областей науки и технологий, привело к научно-техническому прогрессу человечества.
История науки, открывшая нам лазеры, имеет много ярких страниц. И, конечно, первую страницу или первый шаг в этом направлении по праву надо отнести к Альберту Эйнштейну, который ещё в 1916 году постулировал существование квантовой системы индуцированного, то есть вынужденного излучения. Именно этот фундаментальный принцип лежит в основе квантовой электроники и лазерной физики.
В 1927 году Полем Дираком была создана последовательная квантовая теория излучения и поглощения света, в которой было дано строгое обоснование существования этого индуцированного излучения и его когерентности.
В дальнейшем в 1930-40-ые гг. физики из разных стран изучали возможности наблюдения “отрицательного поглощения” (то есть усиления) в системе возбужденных атомов. В числе этих ученых был советский физик-оптик - профессор Валентин Фабрикант, который в то время работал в ФИАНе.
Решающий вклад в разработку физических принципов создания лазеров внесли российские и американские физики в середине 50-ых гг. прошлого века. Это связано с работами по радиоспектроскопии молекул в микроволновом диапазоне, которые активно выполнялись в нашей Академии (в ФИАНе) под руководством академика Александра Михайловича Прохоров и в Соединённых Штатах - под руководством профессора Чарльза Таунса.
Именно эти работы заложили основы квантовой электроники и привели к созданию молекулярного квантового генератора микроволнового диапазона - мазера.
Принципиальная возможность его создания была сформулирована Н.Г.Басовым и А.М. Прохоровым в 1954 г. В этом же году американскими учеными под руководством Чарльза Таунса был экспериментально реализован первый молекулярный генератор - мазер. Можно сказать, что мазер является прообразом квантового генератора оптического диапазона - лазера.
Здесь представлены люди, которые внесли решающий вклад в это дело: Александр Михайлович Прохоров, Николай Геннадьевич Басов и Чарльз Хард Таунс. Профессор Таунс - иностранный член нашей Академии, он у нас бывал, выступал, - наверное, все вы его знаете.
Однако, для перехода в оптическую область необходимо было разработать методы получения инверсной населенности на оптических переходах и создать оптический резонатор.
Уже в 1955 году в работе Н.Г.Басова и А.М.Прохорова впервые был предложен метод создания инверсной населенности за счет воздействия на молекулы внешнего электромагнитного излучения на резонансной частоте перехода. (Сейчас это называется трехуровневый метод накачки). Этот метод оказался применимым и в оптической области спектра, как теперь это хорошо известно.
Несколько позже аналогичная идея независимо была высказана американским физиком Н.Бломбергеном. В 1958 году А.М.Прохоров предложил открытый резонатор для получения генерации в коротковолновом диапазоне, в том числе в оптическом диапазоне.
Несколько месяцами позднее в этом же году аналогичная идея была высказана Таунсом в Соединенных Штатах Америки. Создание открытого оптического резонатора снимало последние ограничения на продвижение в оптическую область спектра и фактически завершило построение фундамента для создания лазера.
За эти открытия академики Басов, Прохоров и профессор Таунс в 1964 году были удостоены высшей в мире научной награды: Нобелевской премии по физике «за фундаментальные работы в области квантовой электроники, которые привели к созданию генераторов и усилителей на мазерно-лазерном принципе». Я процитировал само постановление Нобелевского комитета.
Сегодня я хочу упомянуть имена некоторых других советских и российских ученых, внесших выдающийся вклад в разработку принципиальных научных основ квантовой электроники и лазерной физики, их дальнейшее развитие и практические приложения.
Я также хочу сказать, что в 1959 году Н.Г.Басов, Б.М.Вул и Ю.М.Попов предложили использовать в качестве активной среды лазера полупроводник.
Академик О.Н.Крохин и профессор Ю.М.Попов вместе с академиком Н.Г.Басовым в 1961 году предложили использовать в полупроводнике p-n переход для получения инверсии.
В Советском Союзе первый лазер на кристалле рубина был запущен в 1965 году М.Д.Галаниным, А.М.Леонтовичем и З.А.Чижиковой в ФИАНе и независимо в ГОИ им. Вавилова под руководством Л.Д.Хазанова. (Правда, сейчас говорят, что работы в ГОИ были закрыты, их мало кто знал, но это действительно так.)
Чуть позже в 1963 году академиком Ж.И.Алферовым и профессором Р.Ф.Казариновым была разработана концепция лазера на основе гетероструктур. Независимо от них подобная концепция была предложена американским ученым Г.Кремером.
За основополагающие работы в области информационных и коммуникационных технологий академику Ж.И.Алферову, американским профессорам Г.Кремеру и Д.Килби была присуждена Нобелевская премия по физике 2000 года.
Вклад академика Алферова и профессора Кремера был сформулирован так: «За развитие полупроводниковых гетероструктур, применяемых в скоростной оптоэлектронике».
В 1963 году Н.Г.Басовым и О.Н.Крохиным предложена концепция лазерного термоядерного синтеза.
Сегодня лазеры различных типов находят применение в решении современных проблем энергетики (управляемый термоядерный синтез), в высокопрецизионной физике и метрологии, в микро- и наноэлектронике, в космической навигации, в создании современных систем связи и передачи информации, в точном машиностроении, в технологии обработки материалов, в создании эффективных инструментов медицины и во многих других областях человеческой деятельности.
Недавно в США создана самая крупная установка на 1,8 мДж в наносекундном диапазоне и ожидается поджиг термоядерной реакции.
В связи с этим я не могу не отметить наши успехи в этом направлении. В России в настоящее время подготовлена программа по созданию установки мегаджоульного уровня - «УФЛ-2М». Установку предполагается построить в НИИЭФе (Саров).
Во многих институтах Российской академии наук созданы уникальные лазерные медицинские установки для сердечно-сосудистых, урологических, офтальмологических, нейрохирургических и онкологических операций. Например, более 20 процентов клиник оснащены лазерными приборами фотодиагностической терапии. Центр физического приборостроения Института общей физики уже завоевал более 50 процентов отечественного рынка офтальмологических установок.
В Институте прикладной физики (Нижний Новгород) и в НИИФе (Саров) созданы новейшие лазерные установки петаваттного уровня для получения сверхсильных оптических полей.
Завершая свое краткое выступление, я хотел бы добавить, что в этом году научная общественность многих стран мира (особенно в Соединенных Штатах, Франции, Германии) широко отмечает 50-летие создание лазера. Палата представителей США приняла специальную резолюцию, в которой отмечена выдающаяся роль американских и российских ученых в создании и развитии квантовой электроники и лазерного направления.
Как вы хорошо знаете, в рамках мероприятий Года России во Франции в сентябре этого года был проведен круглый стол с участием представителей нашей Академии и Академии естественных наук Франции, главная тема которого была посвящена лазерной физике. По сути, это было заседание Президиума нашей Академии и Французской академии.
Отмечая сегодня это действительно выдающееся событие, в рамках нашей научной сессии мы постараемся осветить не только исторические аспекты (наше прошлое – замечательно в этой области), но и затронуть современные достижения в области лазерной физики и лазерных технологий российской и мировой науки.
Для участия в нашей сессии был приглашен и собирался приехать один из патриархов лазерной науки - нобелевский лауреат Чарльз Таунс. Должно было состояться его выступление на нашей научной сессии на тему «Лазер - его открытие, развитие и будущее». Но получилось так, что в последний момент он не смог осуществить поездку в Москву.
Профессор Таунс направил нам свое короткое приветствие: «Приветствую всех! Мне жаль, что я не могу быть с Вами, чтобы отметить 50-летие лазера. Примите мои пожелания интересной и замечательной встречи, и будущих исследований и открытий. Чарльз Таунс»