В поисках чуда (с илл.)

Представляете масштабы? Учетверить! В опытах Мандельштама и Ландсберга с кварцем ритм колебаний практически не учащался — увеличение темпа составляло жалкие доли процента. Здесь же — 300 процентов прироста! И надо думать, это не предел.

Уже удалось с помощью того же кварца преобразовать инфракрасный свет в зеленый, красный — в ультрафиолетовый. А если попытаться подобным же способом превратить ультрафиолетовые лучи квантового генератора в рентгеновы?

Лавирование в рентгеновском диапазоне требует нового типа резонаторов. Прежде всего потому, что жесткое излучение пройдет сквозь любые зеркала, не отражаясь и даже почти не «застревая» в них. Кроме того, резонансное поглощение для столь коротковолновых квантов много меньше во всех возбуждаемых средах, с которыми сейчас имеют дело физики. Но может, кто-то найдет принципиально иной подход?

Еще никому не ведома, еще никем не придумана та стратегема, с помощью которой ученые перехитрят упорствующую природу и создадут рентгеновский, а может и гамма-квантовый, генератор; но раз физика не налагает вето на такую возможность в принципе, то отчего же — она, несомненно, будет реализована. Впрочем, разве и без того мало перспектив у лазера?

Пистолет, стреляющий молнией

…Однажды в марте 1965 года с башни высотного здания МГУ раздался неслышный выстрел. Необычный пистолет был нацелен на один из домов в районе Зубовской площади — там находится подстанция Г-6 Арбатского телефонного узла. Над излучиной Москвы-реки протянулся тоненький, бесплотный, бесподобно прямолинейный кабель, состоявший из двух световых жилочек — вторая (обратная) тянулась от Г-6 к АВ-9.

Так началось приобщение лазерного луча к миру современной телефонии. Серийный отечественный газовый (гелий-неоновый) лазер типа ЛГ-34 дает непрерывный красный луч такой яркости, что хорошо виден даже днем. Свет улавливается фотоприемниками. Многие москвичи, говоря по телефону, даже и не догадываются, что их соединила световая линия…

«Качество передачи великолепное, — констатирует организатор эксперимента А. Г. Мурадян. — Мы надеемся вскоре создать целую сеть лазерных телефонных линий, возможно, даже с использованием Останкинской телебашни, откуда световые „провода“ протянутся ко всем узлам столицы».

Емкость светового диапазона баснословно велика: на полосе частот в 400 миллионов мегагерц, охватываемой им, можно одновременно передавать десятки миллионов радио- и телепрограмм, вести миллиарды телефонных переговоров (жителей на Земле сейчас 3 миллиарда).

Чего ж раньше никто не реализовал эти самоочевидные преимущества?

Отсутствовали источники когерентного, монохроматического излучения. Вернее, они имелись, но не в инфракрасной и оптической области спектра. Любая радиостанция дает высокоорганизованный, согласованный поток квантов-близнецов, если только можно назвать так упорядоченный цуг волн. Он способен служить безупречным носителем информации. Чтобы передать сигнал, остается отчеканить на этой череде колебаний определенные знаки в виде каких-то меток.

Вполне понятно, что чем меньше на переносчике естественных изъянов («шумов»), тем реже искажения, которым подвергаются передаваемые им сигналы. Колебания, порожденные квантовым генератором, почти идеальны: форма у них безупречна в своем плавном ритмическом однообразии.

В павильоне «Электроника» на ВДНХ демонстрируется опытная телевизионная установка, где изображение передается не радиоволнами от антенны к антенне, а многометровым световым лучиком, нацеленным в фотоприемник. Лучом серийного лазера ЛГ-24М — одного из многих типов, выпускаемых нашей промышленностью.

С каждым годом растет и разнообразится семья квантовых чудо-приборов, все многогранней становятся и их возможности.

Не далее как в июле 1960 года появился первенец квантовой электроники, работавший в оптическом диапазоне. Его сконструировал инженер американской фирмы «Хьюз эйркрафт» Теодор Мейман. Сердцем прибора был однородный рубиновый кристалл, по форме напоминавший сигарету, только тоньше и короче. Красная световая игла прошивала воздух короткими прерывистыми уколами.

Не прошло и трех лет, как наряду с импульсными появились лазеры непрерывного действия, наряду с кристаллическими — жидкостные и газовые; генерировались как невидимые (инфракрасные и ультрафиолетовые) лучи, так и видимые разных цветов, как мощные, так и слабые. Среди твердых материалов уже не только рубин использовался в качестве сердечника, но и шеелит, флюорит, а также другие минералы, наконец, стекло и пластмасса. В 1964 году на Международной лейпцигской ярмарке демонстрировались советские лазеры тринадцати типов. Сейчас большинство их сходит с конвейера, словно обычные электроосветительные аппараты.

Среди всего этого многообразия квантовых генераторов есть одна их категория, которая заслуживает особого внимания.

В конце 1962 года Н. Г. Басов и Б. М. Вул, объединив усилия своих лабораторий, создали одновременно с американскими учеными первые полупроводниковые лазеры, несмотря на явный скепсис, сквозивший всего несколько лет назад в выступлениях многих ученых на II Международной конференции по квантовой электронике.

Полупроводниковые представители лазерного семейства отнюдь не славятся мощностью. Напротив, они принадлежат к разряду «слабосильных», подобно газовым, только в отличие от них не обладают столь же высокой монохроматичностью генерируемого света. Да и луч их с расстоянием шире раздается в стороны, скорее теряет узость. Чем же тогда они интересны?

Прежде всего вот чем: их к. п. д. гораздо выше, чем у большинства других лазеров. Но это не все.

Мы уже имеем представление о размерах современных квантовых генераторов. Рубиновый «карандашик» в опытах Меймана был четырехсантиметровым коротышкой с диаметром 5 миллиметров. Бывают стержни и побольше. Трубки газовых лазеров достигают десятиметровой длины. Все равно не так много, не правда ли? Ну, а полупроводниковые лазеры — как вы думаете, каких размеров они могут быть?

Микронных. Хотите верьте, хотите нет: за работу примутся едва различимые глазом кристаллики, у которых расстояние между гладкими противолежащими гранями (зеркалами) будет доведено до тысячных долей миллиметра. Такой микроскопический резонатор, сравнимый с длиной волны, в ответ на внешнее «раздражение» способен в миллион раз скорее приходить в состояние «боевой готовности», чтобы выстрелить светом. Когда лазерные кристаллики станут ячейками электронного мозга, быстродействие «думающих» устройств возрастет в тысячи, если не в миллионы раз — до триллионов операций в секунду.

«Создание полупроводниковых квантовых генераторов, — заявил президент Академии наук СССР М. В. Келдыш, — открывает новые перспективы технического прогресса, в частности, в области автоматики и приборостроения».

В 1964 году за эти работы члену-корреспонденту АН СССР Б. М. Вулу, кандидатам физико-математических наук О. Н. Крохину, Ю. М. Попову, А. П. Шотову (все фиановцы), докторам физико-математических наук Д. Н. Наследову, С. М. Рывкину, научным сотрудникам А. А. Рогачеву и Б. В. Царенкову (все из Ленинградского физико-технического института имени А. Ф. Иоффе АН СССР) вручена Ленинская премия.

Однородный, без внутренних дефектов, правильно сформированный кубик из арсенида галлия с ребром в миллиметр — таким крошкой он выглядит уже сегодня, этот поистине драгоценный светоносный камень, сделанный искусными руками советских людей.

Каким он будет завтра?

Вчерашний первенец полупроводниковой квантовой электроники не одинок, у него уже появились собратья — другие карликовые источники неистового света, готовые затмить само Солнце. Соединения галлия, индия, свинца, кадмия с мышьяком, сурьмой, фосфором, селеном, теллуром — все богаче ассортимент лавирующих материалов, все пестрее палитра частот, перекрытых их лучами в видимом и инфракрасном диапазоне.

Множится и семья лазеров — «ветеранов». От синтетического рубина до простого стекла — список твердых тел, рождающих луч, пополняется из года в год.