Лазеры сегодня используются повсеместно: в медицине, промышленности, связи, развлечениях и даже в быту. Но путь к их созданию был долгим и сложным. Давайте окунёмся в историю этого удивительного изобретения и узнаем, как учёные пришли к идее лазера и какие этапы прошли, чтобы сделать его реальностью.
Теоретические предпосылки: Эйнштейн и квантовая механика
История лазера началась задолго до его физического воплощения. В 1917 году Альберт Эйнштейн опубликовал работу «К квантовой теории излучения», где впервые описал явление вынужденного излучения — ключевой принцип работы лазера.
Согласно этой теории, атом, находящийся в возбуждённом состоянии, может перейти на более низкий энергетический уровень под воздействием внешнего фотона, испуская при этом ещё один фотон с той же частотой, фазой и направлением. Это и есть основа лазерного излучения — когерентный свет.
Однако в то время технологий для практического применения этой идеи ещё не существовало.
Первые шаги: мазер — предшественник лазера
В 1950-х годах учёные начали экспериментировать с микроволновым излучением. В 1954 году американские физики Чарльз Таунс, Джеймс Гордон и Герберт Цайгер создали мазер (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) — устройство, усиливающее микроволны за счёт вынужденного излучения.
Мазер работал на аммиаке и генерировал когерентные электромагнитные волны в микроволновом диапазоне. За это открытие Таунс и его советские коллеги Александр Прохоров и Николай Басов получили Нобелевскую премию по физике в 1964 году.
Рождение лазера: переход от микроволн к свету
Следующим шагом стало создание аналогичного устройства, работающего в оптическом диапазоне. В 1958 году Таунс и Артур Шавлов опубликовали теоретическое обоснование оптического мазера — будущего лазера.
Практическая реализация не заставила себя ждать:
- 1960 год — американский физик Теодор Майман создал первый рабочий лазер на рубиновом кристалле. Он использовал рубиновый стержень, вспышку лампы накачки и зеркала для создания оптического резонатора. Устройство генерировало импульсы красного света с длиной волны 694 нм.
- 1961 год — появился гелий-неоновый лазер (Али Джаван, Уильям Беннетт и Дональд Херриот), который излучал непрерывный красный свет и стал одним из самых распространённых типов лазеров.
- 1962 год — Роберт Холл разработал полупроводниковый лазер, который позже стал основой для CD-приводов, лазерных указок и волоконно-оптической связи.
Эволюция лазеров: от лабораторий до повседневной жизни
С момента изобретения лазеры быстро нашли применение в различных сферах:
- Медицина — лазерная хирургия, коррекция зрения, стоматология.
- Промышленность — резка и сварка металлов, гравировка, 3D-печать.
- Связь — волоконно-оптические линии передачи данных.
- Наука — лазерная спектроскопия, термоядерный синтез, квантовые компьютеры.
- Быт — лазерные принтеры, сканеры, указки, системы считывания штрих-кодов.
Заключение
Лазер — одно из величайших изобретений XX века, изменившее мир. От теоретических работ Эйнштейна до первых экспериментов с мазерами и рубиновыми лазерами — путь к его созданию был полон гениальных открытий. Сегодня лазеры продолжают развиваться, открывая новые горизонты в науке и технологиях.
А как вы используете лазеры в повседневной жизни? Делитесь в комментариях!