Институты Сибирского отделения РАН отметили эту дату в «рабочем порядке». Хотя официально в названии научного учреждения слово «лазер» значится только в Институте лазерной физики, но реально к этому физическому явлению имеют отношение несколько крупных научных структур СО РАН. И, кроме того, если разобраться дотошно, лазерные технологии применяются в деятельности практически всех научных коллективов. (Как, впрочем, и в нашем быту: от мобильника и плеера до лазерного принтера).
Три института СО РАН на прошлой неделе приоткрыли свои двери для журналистов: Институт лазерной физики, Институт теоретической и прикладной механики и Институт автоматики и электрометрии. Сначала знакомство с некоторыми разработками на месте, а затем беседа с директором ИЛФ СО РАН академиком РАН Сергеем Богаевым, директором ИАиЭ СО РАН членом-корреспондентом РАН Анатолием Шалагиным и заместителем директора ИТПМ доктором физико-математических наук Анатолием Оришичем.
«Вкрапления» русских имён
Хотя и принято считать, что первый лазер изобрёл в мае 1960 года американский физик Теодор Мейман, на самом деле путь к нему был довольно долгим. К его созданию приложили руку и сам Эйнштейн, и русские физики Басов и Прохоров. А уж потом в лазерных разработках сказали своё слово сибирские учёные. Слово «LASER» является аббревиатурой от Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что дословно переводится как «усиление света путем вынужденной эмиссии радиации».
Гениальный физик, потрясший в начале XX столетия все основы науки теорией относительности, в 1916 году разработал ещё одну теорию — взаимодействия излучения с веществом, которая открывала принципиальную возможность создания квантовых усилителей и генераторов электромагнитных волн.
Известно, что русский писатель Алексей Толстой в своем романе «Гиперболоид инженера Гарина» писал примерно о том же. Вряд ли писатель был столь же одарённым фантастом, как и Жюль Верн, но идея гиперболоида — излучателя сверхмощного теплового луча — будоражит умы до сих пор.
Первая реальная научная попытка экспериментально обнаружить индуцированное излучение была сделана в 1928 году Ланденбургом. И до 50-х годов были только предпосылки создания лазера, пока в 1955 году ученые Николай Басов и Александр Прохоров не разработали квантовый генератор — усилитель микроволн с помощью индуцированного излучения, активной средой которого является аммиак.
Затем уже Чарльз Таунс и Артур Шавлов через два года начали разработку принципов лазера. И в мае 1960 года Теодор Мейман, основываясь на работах Н. Басова, А. Прохорова и Ч. Таунса, сконструировал первый лазер на рубине с длиной волны в 0,69 мкм. Спустя полгода в лабораториях корпорации IBM заработал инфракрасный лазер на фториде кальция с добавкой ионов урана, построенный Питером Сорокиным и Миреком Стивенсоном. И наконец, в декабре того же года Али Джаван, Уильям Беннетт и Дональд Хэрриот продемонстрировали первый в мире газовый лазер на смеси гелия и неона, который повсеместно применяется и в наши дни.
Научная ценность и практическая польза лазеров были настолько очевидны, что ими сразу занялись тысячи ученых и инженеров из разных стран. В 1963 году Жорес Алферов и Герберт Кремер независимо друг от друга разработали теорию полупроводниковых гетероструктур, на основе которых позднее были созданы многие лазеры, и за эту работу оба учёных в 2000 году получили Нобелевскую премию.
Часы, которые не тикают
Нам была предоставлена возможность наблюдать, как работают оптические часы в Институте лазерной физики СО РАН. В таких часиках нет ни пружин, ни уж тем более подвешенных гирь, нет даже привычного маятника. В основе прибора — фемтосекундные (с «запредельной» частотой колебаний) оптические часы, использующие постоянно действующее излучение татан-сапфирового кристалла.
Ведущий сотрудник ИЛФ Виктор Певцов затрудняется подбирать слова, чтобы попроще объяснить сущность физических процессов. Мы понимаем, что если бытовые кварцевые наручные часы допускают погрешность в одну секунду за сутки, то первые в мире оптические часы, разработанные здесь, у нас, в Новосибирске, в 1981 году, идут с точностью до одной секунды в 200 000 000 лет. Но и эта точность уже давно не удовлетворяет науку, и время — в данном случае буквально — стремительно летит вперёд.
Когда-то, ещё в 1962 году, в Институте радиофизики и электроники Сибирского отделения АН СССР была создана группа из молодых физиков и начаты работы в области лазеров. В этом же году ими был запущен первый в Сибири газовый лазер (Ю. В. Коломников, Г. В. Кривощеков, Ю. В. Троицкий, В. П. Чеботаев). Директором института был известный физик Юрий Борисович Румер. После реорганизации Института радиофизики и электроники был создан отдел лазерной физики, руководимый В.П. Чеботаевым, который и стал прообразом нынешнего ИЛФ, который и стал проводить исследования в области лазерной физики и квантовой электроники. Наиболее важным результатом, как отмечают специалисты, является вклад в создание нового направления спектроскопии — нелинейной лазерной спектроскопии сверхвысокого разрешения.
В 1978 году В. П. Чеботаеву вместе с В. С. Летоховым (Москва) была присуждена Ленинская премия в области науки и техники за цикл работ по нелинейным узким резонансам в оптике и их применению.
А уже в восьмидесятые годы была создана оптическая шкала времени и первые в мире оптические часы.
«Меч» разящий и созидающий
Как это ни горько звучит, но, одними из первых начав работы по созданию и применению лазера, российские учёные сейчас — выразимся скромнее — нередко вынуждены наблюдать «победное шествие» лазерных технологий по всему миру. (В Штатах в честь «юбилея» лазера было принято специальное решение Конгресса, которое предусматривает дальнейшее интенсивное развитие лазерной науки.)
Напомним тем, кто забыл или не знает, что скандальная программа СОИ — Стратегическая оборонная инициатива, которую в 80-е годы окрестили «Программой звёздных войн», была начата Рейганом в период очередного обострения «холодной войны». И космическое оружие уже в ту пору, почти тридцать лет назад, рассматривалось отнюдь не как утопия или сюжет для очередного боевика Джеймса Лукаса, а как совершенно реальная вещь, потому что СОИ предполагала использовать в первую очередь лучевые технологии, то есть лазеры.
В различных видах они уже давно применяются в вооружении: от лазерных прицелов до сверхчастотных лучей связи и т.п. Смешно было бы думать, что бытовая техника, использующая лазеры, идёт вперёд по сравнению с развитием оружия. Понятно, что и сегодня проводятся исследования по разработке космического оружия независимо от политической обстановки, «тёплая» она или «холодная».
Те же системы GPS или наша пока создающаяся ГЛОНАСС не могут обойтись без сверхточной связи и навигации, которые возможны только с участием лазерных технологий.
Диапазон мощностей, которые использует лазер, широчайший. От нескольких ватт в оптических часах до десятков киловатт в лазерных установках, которые производит наш Институт теоретической и прикладной механики.
Заместитель директора института Анатолий Оришич демонстрирует автоматизированный комплексный лазерный «резак» в деле. Лист стали в несколько сантиметров толщиной зажат на стенде. В компьютер вводится задача по его фигурному раскрою. Минута — и тончайший луч начинает свое «путешествие» по заданной траектории. В воздухе запахло окалиной, и тонкая дорожка разреза без единой капли расплавленного металла обозначает, что дело идёт «как по маслу».
Десятки подобных установок, изготовленных в СО РАН, работают уже по всему миру, в том числе и на ряде новосибирских предприятий, таких как НЗКХ, «Элсиб» и других.
«Товар» штучный. Некоторые предприятия примеривались освоить производство сами, с помощью ИТПМ, но пока не получается — сложно, да и хлопотно. Легче и проще грубый плазменный резак гонять, хотя потом приходится дополнительно обрабатывать детали на механических станках.
В перспективе у ОКБ лазерной техники ИТПМ СО РАН — переход на лазерную сварку. Она может в разы удешевить и сделать более надёжным «сшивание» стальных, дюралевых, титановых листов, которые сегодня пока в большинстве случаев скрепляются клёпкой. Автору этих строк приходилось наблюдать, как внутри воздухозаборника будущего самолёта на заводе Чкалова, скрючившись в три погибели, орудуют пневмомолотками женщины-клепальщицы. Адова работа, не зря в СССР за неё Героя Социалистического Труда давали...
В принципе, все работы по раскрою и свариванию металлических листов сегодня можно выполнять с помощью лазера. Это огромное поле для инноваций — всё кораблестроение, авиастроение, автомобилестроение и, разумеется, космос.
...Студент-пятикурсник из НГТУ Евгений Ланшаков проходит практику в лаборатории лазерных медицинских технологий ИЛФ. Разумеется, он бы очень хотел закрепиться здесь после вуза. Демонстрирует нам работу небольшой установки, которую уже производят в Бердске. Гибкий манипулятор со светящимся наконечником. Лазерный луч передаётся по световолокну, на экране — цифирь, отражающая основные показатели. С помощью установки можно производить любые медицинские и косметические операции в диапазоне мощности до 100 ватт. Насадка — «умная», при необходимости охлаждает кожу до обезболивания. С её помощью можно вот так, как показывает на себе магистрант, элементарно очищать кожу от родимых пятен и всякой наросшей дряни (естественно, по назначению врача). Подставляю ему свою руку и прошу «прополоть» волоски на предплечье. Аппарат помигивает, волоски исчезают безо всякого ощущения...
P. S. Год пятидесятилетия лазера российские учёные отметят общим собранием Российской академии наук, где рассмотрят основные пути движения вперёд «квантового луча». СО РАН тоже не останется в стороне: в конце этой недели состоится научная сессия Сибирского отделения с повесткой: «Лазерная физика и её приложения». Мы обязательно об этом расскажем.
