Теодор Майман

Теодор Майман — американский физик и инженер, создатель первого в мире работающего лазера на рубине. Родился 11 июля 1927 года в Лос-Анджелесе (штат Калифорния, США), умер 5 мая 2007 года в Ванкувере (провинция Британская Колумбия, Канада). Наиболее известен тем, что 16 мая 1960 года впервые продемонстрировал генерацию когерентного оптического излучения, что положило начало эре лазерных технологий.

Биография

Ранние годы и образование

Теодор Гарольд Майман родился в семье инженера-электрика Абрахама Маймана и домохозяйки Розы Майман. С детства проявлял интерес к электронике и физике. В 1944 году окончил среднюю школу, после чего поступил в Университет Колорадо в Боулдере, где в 1949 году получил степень бакалавра по инженерной физике. Затем продолжил обучение в Стэнфордском университете, где в 1951 году защитил магистерскую диссертацию по электротехнике, а в 1955 году — докторскую диссертацию по физике. Его докторская работа была посвящена ядерному магнитному резонансу и проводилась под руководством будущего нобелевского лауреата Уиллиса Лэмба.

Работа в Hughes Research Laboratories

После защиты диссертации Майман был принят на работу в исследовательскую лабораторию компании Hughes Aircraft Company в Малибу (Калифорния). Первоначально он занимался разработкой микроволновых усилителей и мазеров — устройств, генерирующих когерентное микроволновое излучение. В конце 1950-х годов, вдохновлённый теоретическими работами Чарльза Таунса и Артура Шавлова, Майман решил создать оптический мазер — лазер.

Создание первого лазера

Ключевым моментом в карьере Маймана стала демонстрация первого работающего лазера. В отличие от конкурирующих групп (в частности, группы Таунса в Колумбийском университете и группы Шавлова в Bell Labs), Майман выбрал в качестве активной среды синтетический рубин (кристалл корунда с примесью ионов хрома). Рубин был выгоден тем, что его можно было накачивать мощной импульсной ксеноновой лампой, создавая инверсию населённостей.

16 мая 1960 года Майман и его ассистент Чарльз Асава запустили устройство: рубиновый стержень диаметром 1 см и длиной 2 см, помещённый в спиральную ксеноновую лампу-вспышку. Торцы стержня были покрыты серебряными зеркалами (одно — с коэффициентом отражения 100%, другое — 98%). При подаче импульса на лампу устройство сгенерировало импульс когерентного красного света с длиной волны 694,3 нм. Результаты были опубликованы в журнале Nature 6 августа 1960 года. Первый лазер был назван «рубиновым лазером».

Последующая карьера

После успеха с лазером Майман покинул Hughes в 1962 году и основал собственную компанию Korad Corporation, которая занималась производством мощных лазеров. В 1968 году он продал компанию и перешёл в корпорацию TRW, где руководил разработками в области лазерных технологий. В 1970-е годы Майман занимался консалтингом и венчурными инвестициями, а также основал несколько стартапов, связанных с лазерной медициной и связью. В 1984 году он стал сооснователем компании Maiman Industries. До конца жизни Майман активно выступал с лекциями и писал мемуары.

Научные достижения

Первый лазер

Основным вкладом Маймана в науку является создание первого лазера. Хотя теоретические принципы лазерной генерации были разработаны ранее (в частности, Альбертом Эйнштейном в 1917 году и Чарльзом Таунсом в 1954 году), именно Майман сумел реализовать их на практике. Его конструкция рубинового лазера стала прототипом для всех последующих твердотельных лазеров.

Принцип работы рубинового лазера

Рубиновый лазер Маймана работал на трёхуровневой схеме. Ионы хрома в кристалле рубина поглощали свет от ксеноновой лампы, переходя в возбуждённое состояние. Затем они безызлучательно релаксировали на метастабильный уровень, где накапливались, создавая инверсию населённостей. При спонтанном или вынужденном излучении происходил каскадный переход обратно на основной уровень, сопровождающийся испусканием когерентного света. Зеркала на торцах кристалла образовывали резонатор, усиливающий излучение.

Другие разработки

Помимо лазера, Майман внёс вклад в развитие мазеров (усилителей микроволнового излучения). Он также занимался исследованиями в области лазерной спектроскопии и взаимодействия лазерного излучения с веществом. В 1960-е годы он участвовал в создании первых лазерных систем для военных и промышленных применений.

Признание и награды

Несмотря на огромное значение его изобретения, Майман не получил Нобелевскую премию по физике. Это решение Нобелевского комитета до сих пор вызывает споры. Премия 1964 года была присуждена Чарльзу Таунсу, Николаю Басову и Александру Прохорову «за фундаментальные работы в области квантовой электроники, которые привели к созданию генераторов и усилителей на основе принципа мазера-лазера». Считается, что комитет посчитал вклад Маймана «инженерным» и недостаточно фундаментальным.

Тем не менее, Майман получил множество других наград:

• Премия Стюарта Баллантайна (1962) от Франклиновского института.
• Премия Оливера Бакли (1966) от Американского физического общества.
• Премия Вольфа по физике (1984) — одна из самых престижных в мире.
• Введён в Национальный зал славы изобретателей (2000).
• Введён в Зал славы лазерной инженерии (2001).
• В 2006 году журнал «Laser Focus World» назвал Маймана «лазерным пионером века».

Критика и наследие

Изобретение Маймана вызвало неоднозначную реакцию в научном сообществе. Некоторые коллеги, включая Чарльза Таунса, сомневались в возможности создания лазера на рубине из-за трёхуровневой схемы, которая считалась неэффективной. Однако успешная демонстрация опровергла эти сомнения. Впоследствии рубиновый лазер нашёл применение в научных исследованиях, медицине (лазерная коагуляция сетчатки), промышленности (сварка, сверление) и военном деле (дальномеры).

Наследие Маймана заключается не только в самом изобретении, но и в его влиянии на развитие фотоники, оптоэлектроники и лазерных технологий. Лазеры стали неотъемлемой частью современной цивилизации — от бытовой электроники (считыватели штрихкодов, принтеры) до фундаментальной науки (лазерное охлаждение, управляемый термоядерный синтез). В России и странах бывшего СССР работы Маймана были хорошо известны, и рубиновый лазер активно использовался в советской физике и технике.

Интересные факты

• Первый лазер Маймана был размером примерно с кулак и весил около 2 кг. Он генерировал импульсы длительностью около 0,5 миллисекунды с энергией до 1 Дж.
• Майман назвал своё устройство «оптическим мазером»; термин «лазер» (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) был предложен позже его коллегой Гордоном Гулдом.
• В 1960 году, после публикации в Nature, Майман получил более 1000 запросов на образцы лазера от исследователей по всему миру.
• Майман был страстным коллекционером антикварных часов и редких книг по физике.

Источники

• Maiman, T. H. (1960). «Stimulated Optical Radiation in Ruby». Nature, 187 (4736), 493–494.
• Bertolotti, M. (2004). «The History of the Laser». CRC Press.
• Hecht, J. (2005). «Beam: The Race to Make the Laser». Oxford University Press.
• Townes, C. H. (1999). «How the Laser Happened: Adventures of a Scientist». Oxford University Press.
• Научно-биографические статьи в журналах «Успехи физических наук» (1960–1961) и «Квантовая электроника» (2007).