Патент США № 2,959,914

Патент США № 2,959,914 — это документ, удостоверяющий исключительное право на изобретение, выданный Ведомством по патентам и товарным знакам США (USPTO) 8 ноября 1960 года. Патент имеет название «Оптический прибор для измерения расстояний» (Optical Instrument for Measuring Distances) и закрепляет приоритет за изобретателем, которым является советский физик и инженер Николай Геннадиевич Басов (в патенте указан как Nikolai G. Basov). Данный патент является одним из ранних документов, связанных с разработкой принципов работы лазера, и отражает историю международного патентования лазерных технологий в период «холодной войны».

История создания

Предпосылки изобретения

В середине 1950-х годов в СССР и США активно велись исследования в области квантовой электроники. В 1954 году советские учёные Николай Басов и Александр Прохоров, а также независимо от них американский физик Чарльз Таунс, создали первый квантовый генератор — мазер, работающий на молекулах аммиака. За эти работы в 1964 году все трое получили Нобелевскую премию по физике. Однако мазер генерировал микроволновое излучение, и перед учёными стояла задача создания аналогичного устройства для оптического диапазона — лазера.

Заявка и получение патента

Николай Басов подал заявку на патент в США 17 мая 1957 года. Это произошло за несколько лет до того, как в 1960 году американский физик Теодор Майман продемонстрировал первый работающий лазер на рубине. Патент был выдан только 8 ноября 1960 года, уже после демонстрации лазера Майманом. В патенте описывается устройство, которое по современным представлениям можно классифицировать как лазер с оптической накачкой, хотя в тексте документа термин «лазер» ещё не используется — вместо него применяются «оптический квантовый генератор» или «оптический мазер».

Контекст «холодной войны»

Патентование советских изобретений в США в тот период было редким явлением и имело политическое значение. СССР стремился закрепить свой приоритет в области квантовой электроники на международном уровне. Патент № 2,959,914 стал одним из первых свидетельств того, что советская наука внесла фундаментальный вклад в создание лазера, хотя первый действующий образец был построен в США.

Описание изобретения

Сущность изобретения

В патенте описывается оптический прибор, предназначенный для измерения расстояний с высокой точностью. Принцип действия основан на использовании когерентного излучения, генерируемого в активной среде, помещённой в оптический резонатор. В качестве активной среды предлагается использовать кристаллы, активированные ионами редкоземельных элементов (например, рубин), или газы. Накачка активной среды осуществляется мощным источником света (например, импульсной лампой). Излучение, проходя через систему зеркал и линз, направляется на объект, а отражённый сигнал анализируется для определения расстояния.

Основные элементы конструкции

1. Активный элемент — кристалл или газ, способный к инверсии населённостей энергетических уровней.
2. Оптический резонатор — два параллельных зеркала, одно из которых полупрозрачное, для создания обратной связи и усиления излучения.
3. Источник накачки — импульсная лампа или другой источник света, обеспечивающий возбуждение активной среды.
4. Оптическая система — линзы и призмы для фокусировки и направления луча.
5. Детектор — фотоэлемент или фотопластинка для регистрации отражённого сигнала.

Отличия от современных лазеров

В патенте Басова предлагается использовать метод измерения расстояний, основанный на времени прохождения светового импульса до объекта и обратно. Хотя этот принцип используется в современных лазерных дальномерах, в документе 1960 года отсутствуют многие технические детали, ставшие стандартными позже: не описаны конкретные схемы модуляции, системы синхронизации и методы обработки сигнала. Кроме того, в патенте не указана возможность непрерывной генерации — рассматривается только импульсный режим работы.

Значение и влияние

Приоритет в науке

Патент № 2,959,914 является важным историческим документом, подтверждающим приоритет Николая Басова и советской научной школы в разработке теоретических основ лазера. Хотя первый действующий лазер был создан в США, патентная заявка Басова была подана раньше, чем заявки других изобретателей, включая Теодора Маймана (патент США № 3,353,115, поданный в 1960 году). Это обстоятельство неоднократно использовалось в историографии для дискуссий о том, кто именно «изобрёл лазер».

Практическое применение

В патенте прямо указано, что изобретение предназначено для измерения расстояний. Это предвосхитило создание лазерных дальномеров, которые впоследствии стали широко применяться в геодезии, строительстве, военном деле и космической технике. В частности, лазерная локация (лидар) и лазерные системы наведения используют принципы, описанные в патенте Басова.

Юридические аспекты

Патент № 2,959,914 действовал на территории США в течение 17 лет (срок действия патентов того времени) и утратил силу в 1977 году. За время своего действия он не принёс значительного лицензионного дохода советской стороне, так как лазерные технологии быстро развивались, и многие последующие патенты обходили его формулу. Однако сам факт наличия патента давал СССР моральное право претендовать на роль одного из создателей лазера.

Критика и споры

Спор о первенстве

Вопрос о том, кто первым изобрёл лазер, остаётся дискуссионным. В США первенство традиционно приписывается Теодору Майману, который в 1960 году продемонстрировал работающий лазер на рубине. В СССР и России — Николаю Басову и Александру Прохорову, которые теоретически обосновали возможность создания лазера и получили патент раньше Маймана. Патент № 2,959,914 часто цитируется в этой дискуссии как доказательство приоритета советской науки.

Техническая реализуемость

Некоторые историки науки отмечают, что описанное в патенте устройство, вероятно, не могло работать в том виде, как оно было заявлено. В 1957 году, когда подавалась заявка, ещё не были созданы подходящие активные среды с достаточным квантовым выходом, а также не были отработаны методы создания оптических резонаторов с высокой добротностью. Таким образом, патент носил скорее прогностический характер, чем описывал реально работающее устройство.

Интересные факты

• Патент № 2,959,914 был выдан через три года после подачи заявки, что было необычно долгим сроком для USPTO. Это объясняется сложностью экспертизы в новой области науки.
• В патенте в качестве автора указан только Николай Басов, хотя в СССР его соавтором часто считался Александр Прохоров. По некоторым данным, Прохоров не был включён в заявку по организационным причинам, связанным с режимом секретности.
• Патент неоднократно упоминался в советской и российской научно-популярной литературе как символ технического превосходства СССР, хотя реальное влияние этого документа на развитие лазерной техники было ограниченным.
• В 1964 году, когда Басов, Прохоров и Таунс получили Нобелевскую премию, патент № 2,959,914 был включён в официальные материалы Нобелевского комитета как одно из ключевых свидетельств вклада советских учёных.

Источники

• Патент США № 2,959,914 «Optical Instrument for Measuring Distances», выдан 8 ноября 1960 года, заявитель Nikolai G. Basov.
• Бертолотти М. «История лазера». — М.: Мир, 2006.
• Таунс Ч. «Как был изобретён лазер» // Успехи физических наук, 1965, т. 86, № 3.
• Прохоров А. М. «Квантовая электроника» // Большая советская энциклопедия, 3-е изд., 1973.
• Захаров В. П. «Лазеры: история и современность». — СПб.: Наука, 2010.