Мемория. Николай Басов

Слайд 9

В родной Усмани лауреат Нобелевской премии побывал осенью 1995 года. Он походил по знакомым с детства улицам, зашел в родной дом, где теперь живут чужие люди, посетил могилу любимой тети Таисии Федоровны, посидел на берегу Усманки, где в детстве ловил рыбу.

БАСОВ, НИКОЛАЙ ГЕННАДИЕВИЧ (1922–2001), русский физик. Родился 14 декабря 1922 в г.Усмань вблизи Воронежа в семье профессора Воронежского лесного института. В 1941 окончил школу, был призван в армию, служил ассистентом врача на Украинском фронте. После демобилизации в 1945 поступил в Московский инженерно-физический институт. С 1948 работал лаборантом в Физическом институте им. П.Н.Лебедева (ФИАН). По окончании института Басов поступил в аспирантуру (его научными руководителями были М.А.Леонтович и А.М.Прохоров). В 1953 защитил кандидатскую диссертацию по теме Определение ядерных моментов радиоспектроскопическим методом , а в 1956 – докторскую, посвященную теоретическим и экспериментальным исследованиям молекулярного генератора на аммиаке.

В 1952 Басов и Прохоров опубликовали первые результаты теоретического анализа эффектов усиления и генерации электромагнитного излучения квантовыми системами. Чтобы оптическая система генерировала мощный поток фотонов, необходимо, чтобы в среде была создана инверсная заселенность – неравновесное состояние, при котором более высоковозбужденных атомов меньше, чем более низковозбужденных. В 1955 Басов и Прохоров предложили эффективный «трехуровневый» метод получения инверсной заселенности, что позволило им создать квантовые генераторы принципиально нового типа – мазеры (это название – аббревиатура от англ. Microwave Amplification by Stimulated Emission Radiation, усиление микроволн стимулированным излучением). Независимо и практически одновременно работающий мазер создал американский физик Ч.Таунс, и в 1964 Басову, Прохорову и Таунсу за эти работы была присуждена Нобелевская премия по физике. В 1962 Басов был избран членом-корреспондентом, а в 1966 – действительным членом АН СССР.

В 1959 Басов и Прохоров предложили создавать в полупроводниках инверсную заселенность в импульсном электрическом поле и обосновали создание оптических квантовых генераторов – лазеров с оптической накачкой, инжекционных и с электронным возбуждением. Инжекционные лазеры были созданы в 1962 одновременно в СССР (в ФИАНе) и в США, а в 1964 в лаборатории Басова была получена генерация при возбуждении сульфида кадмия электронным пучком. К концу 1960-х годов в его лаборатории разрабатывались также мощные оптические лазеры на рубине и неодимовом стекле, мощный фотодиссоционный лазер на парах йода. В 1968 впервые при облучении лазерных мишеней были получены нейтроны, что сыграло большую роль в дальнейших работах по лазерному термоядерному синтезу. В 1971 в ФИАНе была создана первая «технологическая» лазерная установка на неодимовом стекле, предназначенная для сжатия лазерных мишеней.

Занимаясь в основном твердотельными квантовыми генераторами, Басов придавал большое значение также и лазерам газовым. В 1962 в его лаборатории впервые была получена генерация на смеси гелия с неоном; позже проводились исследования, целью которых было создание высокоточных стандартов частоты. В 1963 Басов совместно с А.Н.Ораевским обосновал получение инверсной заселенности при тепловой накачке, а в середине 1960-х годов в его лаборатории проводились исследования, связанные с созданием химических хлор-водородных и фтор-водородных лазеров. В конце 1960-х годов в лаборатории Басова велись исследования импульсных фотодиссоционных лазеров, в 1970 был создан первый эксимерный лазер. С 1973 Басов стал директором ФИАНа и оставался на этом посту до 1992. В 1990 был удостоен Золотой медали им. М.В.Ломоносова Академии наук СССР.

Басов преподавал в Московском инженерно-физическом институте и уделял большое внимание просветительской деятельности – в 1978–1990 был председателем Всесоюзного общества «Знание», в течение многих лет был главным редактором научно-популярного журнала «Природа». Басов являлся почетным членом академий наук многих стран мира, долгие годы был вице-председателем исполнительного совета Всемирной федерации научных работников.

Иностранный член Болгарской АН (1974). Депутат Совета Союза Верховного Совета СССР 9-11 созывов от Москвы .

Биография

Басов родился в городе Усмань (ныне городе Липецкой области). Отец - Геннадий Фёдорович Басов. В 1927 году семья переехала из Усмани в Воронеж . Член ВЛКСМ с 1936 по 1950. В 1941 году Басов окончил воронежскую школу № 13, которая находилась у перекрёстка ул. Карла Маркса и ул. Фридриха Энгельса, после школы прошёл подготовку на ассистента врача в Куйбышевской военной медицинской академии. В 1943 году он ушёл на фронт, служил ассистентом врача на украинском фронте.

После войны Басов поступил в МИФИ, защитил диплом в 1950 году. С 1948 года он работал лаборантом в Физическом институте имени Лебедева АН СССР (ФИАН), где и продолжил работу после получения диплома под руководством М.А. Леонтовича и А. М. Прохорова . В 1953 году Басов защитил кандидатскую, а в 1956 году - докторскую диссертацию.

В 1958-1972 годах Басов являлся заместителем директора ФИАН, а с 1973 по 1989 годы был директором этого института. Здесь в 1963 году он организовал Лабораторию квантовой радиофизики, которую возглавлял до своей смерти. В 1962 году Басов был избран членом-корреспондентом АН СССР, а в 1966 году - академиком АН СССР, впоследствии избирался в президиум Академии наук (член президиума АН СССР с 1967 по 1990 год, РАН с 1991).

Басов был главным редактором журналов «Наука», «Квант», «Квантовая электроника», «Природа», в 1978-1990 годах являлся председателем правления Всесоюзного просветительского общества «Знание», был сменён на этом посту К. В. Фроловым.

Семья

В 1950 году он женился на Ксении Тихоновне Назаровой, является отцом двух сыновей - Геннадия (род. 1954) и Дмитрия (род. 1963).

Научная деятельность

Работы Басова посвящены квантовой электронике и ее применениям. Вместе с А.М. Прохоровым он установил принцип усиления и генерации электромагнитного излучения квантовыми системами, что позволило в 1954 создать первый квантовый генератор (мазер) на пучке молекул аммиака. В следующем году была предложена трехуровневая схема создания инверсной населенности уровней, нашедшая широкое применение в мазерах и лазерах. Эти работы (а также исследования американского физика Ч. Таунса) легли в основу нового направления в физике - квантовой электроники. За фундаментальную работу в области квантовой электроники, которая привела к созданию лазера и мазера, Басов и А.М. Прохоров были награждены Ленинской премией в 1959, а в 1964 совместно с Ч. Х. Таунсом - Нобелевской премией по физике.

Совместно с Ю.М. Поповым и Б.М. Вулом Басов предложил идею создания различных типов полупроводниковых лазеров: в 1962 был создан первый инжекционный лазер, затем лазеры, возбуждаемые электронным пучком, а в 1964 - полупроводниковые лазеры с оптической накачкой. Басов также провел исследования по мощным газовым и химическим лазерам, были созданы фторводородный и йодный лазеры, а затем эксимерный лазер.

Ряд работ Басова посвящен вопросам распространения и взаимодействия мощных лазерных импульсов с веществом. Ему принадлежит идея использования лазеров для управления термоядерным синтезом (1961), предложил методы лазерного нагрева плазмы, проанализировал процессы стимулирования химических реакций лазерным излучением.

Басов разработал физические основы создания квантовых стандартов частоты, выдвинул идеи новых применений лазеров в оптоэлектронике (такие как создание оптических логических элементов), выступал инициатором многих исследований по нелинейной оптике.

Награды

• Ленинская премия (1959)
• Нобелевская премия по физике (1964, за выполненные основополагающие работы в области квантовой электроники)
• Дважды Герой Социалистического Труда (1969, 1982)
• Золотая медаль Чехословацкой академии наук (1975)
• Золотая медаль А. Вольты (1977)
• Государственная премия СССР (1989)
• Большая золотая медаль имени М. В. Ломоносова (1990)
• Пять орденов Ленина

Публикации

Книги

• V. Stefan and N. G. Basov (Editors). Semiconductor Science and Technology, Volume 1. Semiconductor Lasers. (Stefan University Press Series on Frontiers in Science and Technology) (Paperback). 1999. ISBN 1-889545-11-2
• V. Stefan and N. G. Basov (Editors). Semiconductor Science and Technology, Volume 2: Quantum Dots and Quantum Wells. (Stefan University Press Series on Frontiers in Science and Technology) (Paperback). 1999. ISBN 1-889545-12-0

Александр Михайлович Прохоров родился 11 июля 1916 года в Атертоне (Австралия) в семье беглых ссыльных Михаила и Марии. В 1911 году они бежали из Сибири в Австралию. После революции и гражданской войны семья Прохорова возвратилась на родину в 1923 году, где через некоторое время поселилась в Ленинграде.

В 1934 году в северной столице Александр окончил с золотой медалью среднюю школу. После чего он поступил на физический факультет Ленинградского государственного университета (ЛГУ). И университет Александр также оканчивает в 1939 году с отличием. Диплом с отличием давал право немедленного поступления в аспирантуру, и Прохоров сразу же этим воспользовался, став аспирантом Физического института АН СССР им. П.Н. Лебедева в Москве. Здесь молодой ученый занялся исследованием процессов распространения радиоволн вдоль земной поверхности. Им был предложен оригинальный способ изучения ионосферы с помощью радиоинтерференционного метода.

В 1941 году Прохоров женился на Галине Алексеевне Шелепиной, географе по специальности, и у них родился сын.

С самого начала Отечественной войны Прохоров в рядах действующей армии. Воевал в пехоте, в разведке, отмечен боевыми наградами, был дважды ранен. Демобилизовавшись в 1944 году, после второго тяжелого ранения, он возвратился к прерванной войной научной работе в ФИАНе. Прохоров занялся актуальными в то время исследованиями по теории нелинейных колебаний. Эти работы и легли в основу его кандидатской диссертации. За создание теории стабилизации частоты лампового генератора в 1948 году ему была присуждена премия имени академика Л.И. Мандельштама.

В 1947 году в ФИАНе был пущен синхротрон - устройство, в котором заряженные частицы двигаются по расширяющимся циклическим орбитам. С помощью синхротрона в 1948 году Александр Михайлович начинает исследование природы и характера электромагнитного излучения, испускаемого в циклических ускорителях заряженных частиц. В очень короткий срок ему удается провести большую серию успешных экспериментов по изучению когерентных свойств магнито-тормозного излучения релятивистских электронов, движущихся в однородном магнитном поле в синхротроне - синхротронного излучения.

В результате проведенных исследований Прохоров доказал, что синхротронное излучение может быть использовано в качестве источника когерентного излучения в сантиметровом диапазоне длин волн, определил основные характеристики и уровень мощности источника, предложил метод определения размеров электронных сгустков.

Эта классическая работа открыла целое направление исследований. Ее результаты были оформлены в виде докторской диссертации, успешно защищенной Александром Михайловичем в 1951 году. В 1950 году Прохоров начал работы в совершенно новом направлении физики - радиоспектроскопии.

В спектроскопии тогда осваивался новый диапазон длин волн - сантиметровых и миллиметровых. В этот диапазон попадали вращательные и некоторые колебательные спектры молекул. Это открывало совершенно новые возможности в исследовании фундаментальных вопросов строения молекул. Богатый экспериментальный и теоретический опыт Прохорова в области теорий колебаний, радиотехники и радиофизики как нельзя лучше подходил для освоения этой новой области.

При поддержке академика Д.В. Скобельцына в минимально возможные сроки вместе с группой молодых сотрудников лаборатории колебаний Прохоров создал отечественную школу радиоспектроскопии, быстро завоевавшую передовые позиции в мировой науке. Одним из этих молодых сотрудников был выпускник Московского инженерно-физического института Николай Геннадьевич Басов.

Басов родился 14 декабря 1922 года в городе Усмань Воронежской губернии, в семье Геннадия Федоровича Басова, впоследствии профессора Воронежского университета.

Окончание школы Басовым совпало с началом Великой Отечественной войны. В 1941 году Николая призвали в армию. Он был направлен в Куйбышевскую военно-медицинскую академию. Через год его перевели в Киевское военно-медицинское училище.

Начиная с 1943 года Николай в действующей армии. Впоследствии он вспоминал: «Случай у меня такой был. Значит, копают землянки солдаты. Работа тяжелая, и у одного солдатика случился аппендицит. Его надо резать, я всего один раз видел, как профессор удалял аппендикс, я ему чуть-чуть ассистировал, подавал разные инструменты. Я поставил четырех солдат, которые держали простыню сверху - с наката землянки сыпались грязь и песок. Дал полстакана спирта вместо наркоза и сделал операцию!.. Кстати, этот паренек жив до сих пор».

В 1946 году Николай поступил в Московский инженерно-физический институт, известный своей великолепной школой теоретической физики. По окончании института в 1950 году он поступил в его аспирантуру на кафедру теоретической физики. В том же году Басов женился на Ксении Тихоновне Назаровой, физике из МИФИ. У них родились два сына.

С 1949 года Николай Геннадиевич работает в Физическом институте АН СССР. Его первая должность - инженер лаборатории колебаний, возглавляемой академиком М.А. Леонтовичем. Затем он стал младшим научным сотрудником той же лаборатории. В те годы группа молодых физиков под руководством Прохорова начала исследования на новом научном направлении - молекулярной спектроскопии. Тогда же началось плодотворное содружество Басова и Прохорова, приведшее к основополагающим работам в области квантовой электроники.

Прохоров вспоминал: «Для нас все начиналось с радиоспектроскопии молекул, которой я сам активно занимался в ФИАНе с 1951 года. Николай Басов стал в то время одним из первых и ближайших моих сотрудников. С ним меня связывают около десяти лет напряженной и плодотворной совместной работы, закончившейся созданием в Лаборатории колебаний ФИАНа молекулярного генератора на пучке молекул аммиака».

В 1952 году Прохоров и Басов выступили с первыми результатами теоретического анализа эффектов усиления и генерации электромагнитного излучения квантовыми системами, в дальнейшем ими была исследована физика этих процессов.

Разработав целый ряд радиоспектроскопов нового типа, лаборатория Прохорова начала получать очень богатую спектроскопическую информацию по разделению структур, дипольных моментов и силовых постоянных молекул, моментов ядер и т.д.

Анализируя предельную точность микроволновых молекулярных стандартов частоты, которая определяется в первую очередь шириной молекулярной линии поглощения, Прохоров и Басов предложили использовать эффект резкого сужения линии в молекулярных пучках.

«Однако переход к молекулярным пучкам, - пишут И.Г. Бебих и В.С. Семенова, - решая проблему ширины линии, создавал новую трудность - резко снижалась интенсивность линии поглощения из-за низкой общей плотности молекул в пучке. Сигнал поглощения есть результат индуцированных переходов между двумя энергетическими состояниями молекул с поглощением кванта при переходе с нижнего уровня на верхний (индуцированное, вынужденное поглощение) и с испусканием кванта при переходе с верхнего уровня вниз (индуцированное, вынужденное излучение). Следовательно, он пропорционален разности заселенностей нижнего и верхнего энергетических уровней изучаемого квантового перехода молекул. Для двух уровней, отстоящих на энергетическом расстоянии, равном кванту СВЧ-излучения, эта разность населенностей составляет лишь малую часть от общей плотности частиц в силу термического заселения уровней в равновесном состоянии при обычных температурах согласно распределению Больцмана. Тогда-то и была предложена идея о том, что, изменяя искусственно населенности уровней в молекулярном пучке, т.е. создавая неравновесные условия (или как бы свою "температуру", определяющую населенность этих уровней), можно существенно изменить интенсивность линии поглощения. Если резко снизить число молекул на верхнем рабочем уровне, отсортировывая из пучка такие частицы, например, с помощью неоднородного электрического поля, то интенсивность линии поглощения возрастает. В пучке как бы создана сверхнизкая температура. Если же таким способом убрать молекулы с нижнего рабочего уровня, то в системе будет наблюдаться усиление за счет индуцированного излучения. Если усиление превышает потери, то система самовозбуждается на частоте, которая определяется по-прежнему частотой данного квантового перехода молекулы. В молекулярном же пучке будет осуществлена инверсия населенностей, т.е. создана как бы отрицательная температура. Так возникла идея молекулярного генератора, изложенная в хорошо известном цикле классических совместных работ А.М. Прохорова и Н.Г. Басова 1952–1955 годов.

Отсюда начала свое развитие квантовая электроника - одна из самых плодотворных и наиболее быстро развившихся областей современной науки и техники.

По существу, главный, принципиальный шаг в создании квантовых генераторов состоял в том, чтобы приготовить неравновесную излучающую квантовую систему с инверсией населенностей (с отрицательной температурой) и поместить ее в колебательную систему с положительной обратной связью - объемный резонатор. Его могли и должны были сделать ученые, объединившие в себе опыт изучения квантовомеханических систем и радиофизическую культуру. Дальнейшее распространение этих принципов на оптический и другие диапазоны было неизбежно».

Принципиальным было предложение Прохорова и Басова о новом методе получения инверсии населенностей в трехуровневых (и более сложных) системах с помощью насыщения одного из переходов под действием мощного вспомогательного излучения. Это так называемый метод трех уровней, получивший позднее также название метода оптической накачки.

Именно он позволил в 1958 году Фабри-Перо сформировать реальную научную основу для освоения других диапазонов. Этим успешно воспользовался в 1960 году Т. Мэйман при создании первого лазера на рубине.

Еще в период работы над молекулярными генераторами Басов пришел к идее о возможности распространения принципов и методов квантовой радиофизики на оптический диапазон частот. Начиная с 1957 года он занимался поиском путей создания оптических квантовых генераторов - лазеров.

В 1959 году Басовым совместно с Б.М. Вулом и Ю.М. Поповым была подготовлена работа «Квантово-механические полупроводниковые генераторы и усилители электромагнитных колебаний». В ней предлагалось использовать для создания лазера инверсную заселенность в полупроводниках, получаемую в импульсном электрическом поле.

Независимо от Басова и по той же тематике работал и американский физик Чарлз Хард Таунс в Колумбийском университете. Он назвал свое творение мазером. Таунс предложил заполнить резонансную полость возбужденными молекулами аммиака. Это дало невероятное усиление микроволн с частотой в 24000 мегагерц.

В 1964 году Басов, Прохоров и Таунс стали лауреатами Нобелевской премии, которой они были удостоены за фундаментальные исследования в области квантовой электроники, приведшие к созданию мазеров и лазеров.

Таунс писал в своей статье «Космические мазеры и лазеры»: «Н.Г. Басов и А.М. Прохоров в СССР и автор этих строк в США были первыми, кто предпринял серьезные попытки разработать устройство для получения усиления при вынужденном излучении, т.е. создать приборы, в наше время получившие наименование мазеров и лазеров. Их идеи и разработки в области квантовой электроники сыграли решающую роль в развитии этой области как в науке, так и в технике. Однако как выяснилось в дальнейшем, обнаружить эти явления можно было и вне Земли, поскольку они имели место на космических объектах в течение миллионов и миллионов лет».

На этом плодотворная совместная работа Басова и Прохорова не закончилась. Они разработали лазеры различных типов, включая мощные короткоимпульсные и многоканальные. Басов не только занимался фундаментальными исследованиями в области генераторов и усилителей, но и теоретически обосновывал использование лазерной техники в термоядерном синтезе.

Среди научных трудов Басова есть посвященные оптическим свойствам полупроводников и сверхпроводимости, молекулярной плазме и синхротронному излучению, космическим лучам, пульсирующим нейтронам и даже проблемам общей теории относительности.

С 1978 по 1990 год Басов был председателем правления Всесоюзного общества «Знание». В 1977 году он был удостоен Золотой медали им. А. Вольта. В 1989 году Басов получил Государственную премию СССР, а еще через год - Золотую медаль им. М.В. Ломоносова.

Прохоров в 1957 году стал профессором МГУ.

Александр Михайлович - один из основоположников целого ряда направлений современной науки и техники, таких как лазерная физика, радиоспектроскопия, квантовая электроника, волоконная оптика, лазерная техника и технология, прикладное использование лазеров в медицине, биологии, промышленности, связи.

С момента образования Института общей физики РАН он был бессменным директором и родоначальником одной из крупнейших в России научных школ. Прохорова избрали президентом Академии естественных наук.

В 1982 году Александр Михайлович создал и возглавил Международный журнал «Лазерная физика». В течение более чем тридцати лет он был главным редактором Большой Советской (ныне Российской) энциклопедии. С 1997 года Александр Михайлович руководил многонациональным проектом «Балтийская Кремниевая Долина».

Н.Г. Басов умер 1 июля 2001 года, А.М. Прохоров - 8 января 2002 года. Всю жизнь они были рядом, и их могилы тоже рядом - в Москве на Новодевичьем кладбище.

БАСОВ НИКОЛАЙ ГЕННАДИЕВИЧ

(1922 г. – 2001 г.)

Знаменитый советский физик Николай Геннадиевич Басов родился 14 декабря 1922 года неподалеку от Воронежа в деревне Усмань (теперь город Усмань Липецкой области) в семье Геннадия Федоровича Басова и Зинаиды Андреевны Молчановой.

Отец будущего ученого состоял профессором Воронежского лесного института. Среди его известных исследований можно выделить анализ влияния лесопосадок на подземные воды и поверхностный дренаж.

После окончания средней школы в Воронеже в 1941 году Николай Басов был призван в Советскую армию. Во время Второй мировой войны он прошел медицинскую подготовку в Куйбышевской военно-медицинской академии. Окончив в 1943 году академию по специальности «ассистент военного доктора», он был прикомандирован к Первому Украинскому фронту. До окончания войны в 1945 году Басов находился в рядах армии в качестве врача-ассистента.

В декабре 1945 года Басов был демобилизован и в следующем году поступил в Московский механический институт (позже – Московский инженерно-физический институт, МИФИ). Особенно Николая Басова заинтересовала теоретическая и экспериментальная физика. Институт он окончил в 1950 году, после чего решил продолжить учебу и в этом же году поступил в аспирантуру того же института на кафедру теоретической физики. Научным руководителем Басова в аспирантуре был известный академик М. А. Леонтович.

Еще за два года до окончания института, в 1948 году, способному студенту предложили работу лаборанта (а позднее инженера) в лаборатории колебаний Физического института им. П. Н. Лебедева АН СССР в Москве (ФИАН). В ФИАНе будущий ученый проработал более пятидесяти лет, до самой смерти.

В это время группа молодых физиков этого института под руководством А. М. Прохорова начала цикл исследований по радиоспектроскопии – направлению, бурно развивавшемуся в те годы.

Принимая участие в этих работах, параллельно с 1950 по 1953 год Николай Басов продолжал обучение в аспирантуре и готовил кандидатскую диссертацию под руководством М. А. Леонтовича и А. М. Прохорова. В 1953 году Николай Басов успешно защитил свою кандидатскую диссертацию на тему «Определение ядерных моментов радиоспектроскопическим методом».

Совместные исследования Басова и Прохорова, проведенные в эти годы, заложили новое направление современной физики – квантовую электронику. Советские ученые разработали основные принципы усиления и генерации электромагнитного излучения квантовыми системами.

В 1900 году «отец» квантовой физики Макс Планк предположил, что осцилляторы излучают энергию лишь дискретными порциями – квантами. При этом энергия кванта пропорциональна частоте колебания, а каждый энергетический уровень равен частоте, умноженной на специальную константу, получившую название постоянной Планка.

В 1905 году Альберт Эйнштейн, использовав идеи Планка, предсказал двойственную природу света, объяснил фотоэлектрический эффект и ввел понятие фотона. В 1916 году гениальный физик Альберт Эйнштейн впервые представил принципы работы молекулярного генератора. По результатам исследований взаимодействия электромагнитного излучения и группы молекул в замкнутом пространстве Эйнштейну удалось вывести уравнение с тремя членами, характеризирующее испускание и поглощение излучения молекулами. Первым двум членам уравнения соответствовали процессы спонтанного излучения и поглощения излучения, а природу третьего члена, связанного с неизвестным тогда типом излучения, Эйнштейну объяснить не удалось.

В 20-е годы XX века благодаря работам Вернера Гейзенберга, Эрвина Шрёдингера и Поля Дирака квантовая теория получила дальнейшее развитие. Оказалось, что множество энергетических уровней индивидуально для конкретного атома или молекулы. При поглощении фотонов, энергия которых состояла из разности энергий двух энергетических уровней, атом или молекула переходили на более высокий энергетический уровень. Спустя некоторое время они вновь возвращались на более низкий уровень, а в результате такого перехода выделялась энергия в виде фотона излучения. Третий член в уравнении Эйнштейна соответствовал этому переходу с высшего энергетического уровня на более низкий.

Излучение такого типа получило название индуцированного (стимулированного) излучения, поскольку оно было стимулировано некоторыми обстоятельствами. С помощью закона знаменитого австрийского физика Людвига Больцмана было установлено, что в состоянии равновесия на более высоких энергетических уровнях размещалось меньшее количество электронов, чем на более низких. Отсюда можно было сделать вывод, что в процессе индуцированного излучения участвует относительно мало атомов.

Проанализировав исследования Эйнштейна и других ученых, Басов придумал способ, который позволял использовать индуцированное излучение в качестве усилителя поступающего излучения. Советский ученый увеличил число возбужденных молекул относительно числа молекул, находящихся в основном состоянии, и таким образом получил состояние вещества с инверсной заселенностью энергетических уровней.

Чтобы достичь этого результата, Басов в своих опытах использовал неоднородные электрические и магнитные поля, с помощью которых выделял возбужденные молекулы. После этого ученый облучал вещество излучением специальной частоты, фотоны которого имели энергию, равную разности возбужденного и основного состояний молекулы. В результате таких действий возникало индуцированное излучение той же частоты, которое усиливало подающий сигнал.

Начатые Басовым в 1952 году теоретические работы в области квантовой радиофизики требовали экспериментальных доказательств. Вместе с Прохоровым советский физик сконструировал генератор, который работал не только как усилитель возбудимости молекул, но и генерировал излучение с частотой, которая точно определялась энергетическими уровнями молекул.

В мае этого же года Басов и Прохоров представили на Всесоюзной конференции по радиоспектроскопии первые полученные результаты теоретического анализа эффектов усиления и генерации электромагнитного излучения квантовыми системами и предложили конструкцию оптического квантового генератора (ОКГ), основанного на инверсной заселенности.

В своей первой статье на эту тему в октябре 1954 года советские физики предложили эффективный и универсальный метод создания состояний с инверсной населенностью (метод селективной накачки электромагнитным излучением трехуровневой системы). Согласно предложенной советскими физиками «трехуровневой схеме», при переводе атомов из основного состояния на наиболее высокий из трех энергетических уровней, на промежуточном уровне размещалось больше молекул, чем на нижнем. В результате этого явления можно было получить индуцированное излучение с частотой, которая соответствовала разности энергий между двумя более низкими уровнями.

За десять месяцев до публикации этой статьи Басова и Прохорова, еще в 1953 году американский физик Чарлз Таунс в лаборатории Колумбийского университета (США) создал работающий молекулярный осциллятор, который назвал мазером (по начальным буквам английского выражения «microwave amplification by stimulated emisson of radiation» – микроволновое усиление с помощью стимулированного излучения). В своих работах американский физик использовал резонансную полость, заполненную возбужденными молекулами аммиака. В результате этих экспериментов он достиг огромного усиления микроволн с частотой в 24 000 мегагерц.

В 1955 году Николай Геннадиевич Басов возглавил группу молодых талантливых ученых, которая проводила исследования частотных характеристик молекулярных осцилляторов. В 1956 году он защитил докторскую диссертацию на тему «Молекулярный осциллятор», в которой суммировал свои теоретические и экспериментальные исследования молекулярного генератора на основе пучков аммиака. За эту работу ему была присуждена степень доктора физико-математических наук.

За период с 1955 по 1956 год Басов и Прохоров создали принципиально новые малошумные квантовые усилители и генераторы радиочастотного диапазона (мазеры), первым из которых стал мазер на основе молекул аммиака.

В 1957 году Басов начал работать над конструкцией квантовых осцилляторов в оптическом диапазоне частот. Идея о возможности распространения принципов и методов радиофизики и квантовой электроники на оптический диапазон частот пришла к ученому еще во время его первых работ над молекулярными генераторами.

Советский ученый полностью переключился на поиск путей создания оптического квантового генератора (получившего в будущем название лазера). Он подключил к своим исследованиям молодых студентов-физиков, в 1959 году организовал в ФИАНе сектор молекулярных генераторов, а в 1963 году – лабораторию квантовой физики. В 1986 году лаборатория Басова стала частью целого отдела, а с 1989 года – и отделения ФИАНа.

Также вместе со своей командой физиков-теоретиков Николай Геннадиевич изучал возможности реализации квантовых генераторов на основе полупроводников. В 1958 году вместе с соавторами Басов опубликовал статью «Квантовомеханические полупроводниковые генераторы и усилители электромагнитных колебаний», в которой высказал идею создания инверсной населенности в полупроводниках путем лавинного размножения носителей тока в импульсном электрическом поле. Эту идею ученый предложил вниманию ученых и в своем докладе на Международной конференции в США в 1959 году. Предложение Басова ознаменовало начало освоения квантовой электроникой оптического диапазона частот.

В 1959 году Николай Геннадиевич Басов и Александр Михайлович Прохоров были награждены Ленинской премией за исследования по созданию молекулярных осцилляторов и парамагнитных усилителей.

В 1960 году американский физик Теодор Меймен сконструировал прибор, в котором реализовал трехуровневый принцип усиления и генерирования красного света. Свое название «лазер» устройство получило от начальных букв английского выражения «light amplification by stimulated emission of radiation» – световое усиление с помощью индуцированного излучения.

В начале 1961 года Басов и его сотрудники предложили и обосновали методы создания полупроводниковых лазеров: с оптической накачкой, инжекционных и с электронным возбуждением. Ученые сформулировали условие инверсии в терминах квазиуровней Ферми и предсказали стационарный режим работы. Результатами дальнейших исследований стало создание инжекционных лазеров в конце 1962 года в СССР и в США.

В 1961 году Басов вместе с В. С. Зуевым, П. Г. Крюковым, В. С. Летоховым занялся вопросами получения мощного излучения. В этом же году совместно с О. Н. Крохиным ученый предложил три различных метода для достижения состояния с отрицательной температурой в полупроводниках при наличии прямых и непрямых переходов. В следующем году ученые работали над возможностью применения лазеров для получения термоядерной плазмы.

Свою идею получения термоядерных реакций при лазерном облучении мишени ученый выдвинул в 1962 году на заседании Президиума АН СССР, а затем на Международной конференции по квантовой электронике в Париже в 1963 году. Вместе с О. Н. Крохиным Басов спрогнозировал и разработал основы лазерного термоядерного синтеза (ЛTC). Хотя в те годы существовали только твердотельные лазеры с энергией импульса меньше одного джоуля и непрерывные лазеры мощностью менее одного ватта, ученый умело спрогнозировал ситуацию на несколько десятилетий вперед. Спустя шесть лет в его лаборатории в ФИАНе будут получены первые нейтроны при лазерном облучении мишени из дейтерия лития.

В то время Басов был лидером и пионером в «лазерных» исследованиях.

В 1963 году вместе с Б. Вулом и Ю. М. Поповым Басов исследовал условия образования структур с отрицательной температурой в полупроводниках.

Результатом сотрудничества Басова и Вула стало создание в этом же году первого полупроводникового лазера на основе арсенида галлия (GaAs). Эти работы стали продолжением исследований Басова по возбуждению полупроводниковых лазеров, начатых еще в 1961 году.

В том же 1963 году Басов принял активное участие в проектах по оптоэлектронике. Результатом его работ стало создание быстродействующих элементов на основе диодных лазеров.

В следующем году гениальный советский ученый вместе с О. В. Богданкевичем и А. Н. Девятковым разработал полупроводниковый лазер с электронной накачкой. В последующих исследованиях Н. Г. Басов совместно с А. 3. Грасюком и В. А. Катулиным разработал полупроводниковый лазер с оптической накачкой при одно– и двухквантовом поглощении возбуждающего лазерного излучения.

В 1964 году «за фундаментальную работу в области квантовой электроники, которая привела к созданию генераторов и усилителей, основанных на лазерно-мазерном принципе» Басов был удостоен Нобелевской премии по физике. Николай Геннадиевич получил четверть денежного приза. Еще четверть досталась Александру Михайловичу Прохорову и половина приза – Чарлзу Таунсу, представителю Массачусетсского технологического института (США), которые также стали лауреатами Нобелевской премии по физике в этом году.

11 декабря 1964 года Басов прочел свою известную нобелевскую лекцию «Полупроводниковые лазеры». В ней ученый указал способы использования полупроводниковых лазеров в науке и технике.

После получения высокой награды Басов продолжил свои плодотворные исследования. Учитель и многолетний сотрудник Николая Басова академик Александр Прохоров отметил, что после получения Нобелевской премии Басов, его талантливейший ученик, значительно вырос в научном плане, успешно развивал новое перспективное направление «лазерный термояд».

В 1968 году нобелевский лауреат вместе с П. Г. Крюковым и Ю. В. Сенатским сконструировал лазер на неодимовом стекле, который выдавал 30 джоулей при импульсе длительностью 20 пикосекунд. В этом же году Николай Геннадиевич совместно с П. Г. Крюковым, Ю. В. Сенатским и С. Д. Захаровым обнаружил эмиссию электронов дейтериевой плазмой, полученной с помощью лазера.

В своих последующих работах ученый вместе с В. С. Летоховым предложил теорию формирования пикосекундных импульсов, а с А. Н. Ораевским – способ термической накачки. Эти исследования привели к созданию газодинамических лазеров.

В известной статье «Получение отрицательных температур методом нагрева и охлаждения системы» Басов (совместно с Ораевским) подробно обосновал получение инверсной населенности при термической накачке. Спустя некоторое время ученый начал серию работ по импульсным фотодиссоционным лазерам и лазерам на основе вынужденного комбинационного рассеяния.

В 1970-х годах Басов продолжал работать над химическими лазерами. В своей лаборатории ученому удалось создать первый эксимерный лазер. Он построил лазер на смеси дейтерия, фтора и диоксида углерода.

В 1971 году под его руководством был создан первый электро-ионизационный лазер на углекислом газе.

В конце 1970-х годов знаменитый ученый вместе с Е. П. Маркиным, А. Н. Ораевским и А. В. Панкратовым представил экспериментальные доказательства ускорения химических реакций инфракрасным лазерным излучением.

Басов был заядлым тружеником и все свое время посвящал науке. Он очень переживал за развитие науки в стране. Из-под его пера вышли различные обзорные и популярные статьи по разным областям физики. Всеми своими действиями ученый старался популяризировать физику в широких кругах общественности.

Многие ученики Басова стали впоследствии профессорами, докторами наук и лауреатами различных премий. Ученого можно назвать создателем целой научной школы, из которой вышло более 60 докторов и 300 кандидатов наук.

Главным вкладом Басова в мировую науку явились его работы в области квантовой электроники. Знаменитый ученый стал лидером и пионером развития и конструирования лазерной техники.

Кроме того, Николай Геннадиевич четко определил главную тенденцию развития лазерной техники – создание мощных высокоэнергетичных лазеров, как непрерывных, так и импульсных, необходимых для решения целого ряда задач, к числу которых можно отнести термоядерный синтез, лазерные технологии, лазерную локацию Луны и т. д.

С 1958 по 1972 год Басов занимал пост заместителя директора Физического института им. П. Н. Лебедева АН СССР в Москве, а с 1973 по 1989 год – его директора. Будучи директором ФИАНа, Басов в 1980 году организовал в Самаре (ныне Куйбышев) филиал ФИАНа, который вскоре стал ведущим в СССР центром по лазерной технике и технологии.

С момента основания (в 1963 году) лаборатории квантовой радиофизики Физического института АН СССР и до самой смерти Басов являлся ее руководителем. Также с 1963 года Басов состоял профессором кафедры полупроводниковой физики Московского инженерно-физического института. По его инициативе в институте в 1971 году был организован специальный факультет физики, на который принимались только лучшие студенты-физики различных университетов СССР.

В 1950 году Николай Басов женился на Ксении Тихоновне Назаровой. Его жена по профессии также была физиком и работала в МИФИ. У Басовых родилось два сына – Геннадий (в 1954 году) и Дмитрий (в 1963 году). Дмитрий Николаевич Басов пошел по стопам отца и стал известным ученым-физиком.

Главным и единственным увлечением в жизни ученого была наука. Он являлся главным редактором известных научно-популярных журналов «Природа» (1967–1990) и «Квантовая электроника» (1971), членом редколлегии журнала «Il Nuovo Cimento».

Кроме Нобелевской премии Басов был многократно награжден различными премиями и медалями, среди которых можно выделить золотую медаль Чехословацкой академии наук (1975), золотую медаль А. Вольты (1977), золотую медаль им. М. В. Ломоносова АН СССР (1990).

В 1959 году Басов стал лауреатом Ленинской премии, а в 1989 году получил Государственную премию СССР. Николай Геннадиевич дважды был удостоен звания Героя Социалистического Труда (1969, 1982), пять раз награждался орденом Ленина.

В 1962 году знаменитый ученый был избран членом-корреспондентом АН СССР, в 1966 году – действительным членом АН СССР, с 1967 года являлся членом Президиума АН СССР, с 1990 года – председателем Президиума АН СССР, с 1991 года – председателем Президиума РАН.

Николай Геннадиевич был членом различных академий наук, среди которых можно выделить академии Польши, Чехословакии, Болгарии, Германии, Франции, Шведскую королевскую академию инженерных наук, Американское оптическое общество, а также Германскую академию естествоиспытателей «Леопольдина».

Знаменитый ученый являлся вице-председателем исполнительного совета Всемирной федерации научных работников, членом Советского комитета защиты мира и Всемирного Совета Мира, председателем правления Всесоюзного общества «Знание» в 1978–1990-х годах. Он принимал активное участие и в международных научных организациях (ВФНР, МАГАТЭ, ЮНЕСКО).

В 1974 году Николай Геннадиевич Басов был избран в Верховный Совет СССР и являлся его депутатом до 1989 года, а с 1982 по 1989 год был членом его Президиума. В 1991 году знаменитый ученый стал членом Экспертного совета при председателе Правительства Российской Федерации.

Первого июля 2001 года Николай Геннадиевич Басов умер в Москве.