В океане энергии

Вот и получается, что газовая струя разбивается на несколько отдельных струек, причем в каждую струйку попадают атомы с одинаковыми значениями энергии (находящиеся в одинаковых состояниях). Все возбужденные атомы оказываются сосредоточенными в одной и той же струе. Такой метод получения инверсии населенностей получил название метода механического разделения.

Теперь дело за малым. Направьте струю в воронку и соберите газ в какой-нибудь резервуар. Вещество с инверсией населенностей получено. Дальше все происходит само собой. Хотя бы в одном из атомов случается спонтанный переход, и возникающий при этом фотон служит причиной многих вынужденных переходов, т. е. образования когерентного светового пучка. Вещество с инверсией населенностей излучает одну или несколько последовательных световых вспышек до тех пор, пока большая часть атомов не переходит в основное состояние или пока в веществе не установится нормальная населенность (равновесное состояние).

Совсем не обязательно ждать, пока в одном из атомов произойдет спонтанный переход. Можно направить в сосуд, содержащий вещество с инверсией населенностей (его называют активным веществом), несколько фотонов. Направите немного фотонов, а получите, во всяком случае в первые моменты времени, гораздо больше. Пользуясь повседневным языком, направите в сосуд с активным веществом слабенький световой луч — получите сильный. Это и есть не что иное, как эффект усиления.

Мазер, отец лазера

Только что описанный метод положен в основу конструкции первого мазера. Слово «мазер» представляет собой последовательность первых букв слов английской фразы, которая в переводе на русский язык обозначает «усиление микроволн за счет вынужденного излучения». Что такое вынужденное излучение, вы уже знаете. Как за счет вынужденного излучения можно усиливать, тоже знаете. Неясно только, почему микроволны? Потому что усилитель, использующий активное вещество, впервые был построен именно для микроволн, т. е. для квантов, энергия и частота которых значительно ниже, чем энергия и частота квантов, относящихся к диапазону видимых световых лучей. Активное вещество мазеров усиливало пучки излучений, относящихся к диапазону сантиметровых радиоволн.

Изобретение способов получения активного вещества послужило началом целой цепи сложных задач. Лишь тот, кто никогда не сталкивался с инженерным творчеством, может полагать, что установление нового физического принципа сразу открывает дорогу к появлению множества физических приборов, работающих на основе этого принципа. Скорее наоборот, открытие некоего физического принципа кладет начало новым трудностям. Именно так обстояло дело и в той области науки и техники, становление которой связано с открытием метода получения и использования активных веществ и которая в дальнейшем получила название квантовой электроники.