Теодор Х. Майман вошел в историю как физик, которому впервые в мире удалось получить лазерный эффект на твердотельном активном элементе. В созданном им лазере активным веществом служил рубиновый цилиндрический стержень, а возбуждение осуществлялось посредством оптического накаливания. Для обеспечения энергетических уровней в кристалле рубина инверсного населения лампы работали в режиме сверхярких коротких вспышек, что обеспечивало импульсный режим работы лазера. Узнайте больше о трех известных изобретениях Илона Маска. Далее на i-los-angeles.
Биография
Теодор Майман родился в Лос-Анджелесе, Калифорния. Но родители почти сразу после его рождения переехали в Денвер, штат Колорадо, где его отец Абе, инженер-электрик и изобретатель, получил работу в телефонной компании “Mountain States”. Абе Майман всегда обустраивал небольшую электронную лабораторию либо в подвале, либо на чердаке семейного дома. И часто Теодор использовал ее для улучшения своих технических и научных знаний.
С приобретенными знаниями он устроился на свою первую работу в магазине электроники, ремонтируя технику и радиоприемники. Когда владелец магазина отправился служить в армию во время Второй мировой войны, Теодор в возрасте 13 лет взял на себя управление магазином. В средней школе он продолжал работать на этой работе, зарабатывая деньги, чтобы сэкономить на образовании в колледже. В возрасте 17 лет Теодора причислили в ряды армии США. Его быстро приняли в армейскую учебную программу по радарам и телекоммуникациям — это был опыт, укрепивший его знания по электронике. В результате он написал курсовую работу бакалавриата как по инженерии, так и по физике в Университете Колорадо и получил степень бакалавра по инженерной физике. Оттуда он поступил на курсы физики в Стэнфорде и был принят на докторскую программу по физике этой школы.
Уиллис Лэмб, физик-теоретик в Стэнфорде, взял Маймана под свое крыло и был его руководителем. Лэмб нуждался в исследователе, который понимал математические формулировки физических гипотез и мог бы превратить их в эксперименты, чтобы доказать или опровергнуть их обоснованность. Майман хорошо подходил для такого проекта. Он быстро изучил вакуумные системы, методы измерения вакуума, электрические разряды и различные виды приборов, используемых для измерения свойств света. Все эти знания позже оказались очень важными для его способности разрабатывать стратегию разработки лазера.
Майман успешно защитил свою докторскую диссертацию в 1955 году, а позже того же года Лэмб получил Нобелевскую премию по физике, частично основанную на лабораторном доказательстве сдвига Лэмба.
В 2006 году Теодор попал в автомобильную аварию, в которой его автомобиль был поврежден. Физически с ним, казалось, ничего не произошло, но травма после несчастного случая, возможно, повлекла за собой редкое расстройство под названием мастоцитоз. Ученый ушел из жизни 5 мая 2007 года, оставив важное наследие в виде лазера, влияющего на столь многие аспекты человеческой жизни.
Первые вызовы
После обучения Майман переехал в исследовательские лаборатории Хьюза в Калвер-Сити, штат Калифорния, чтобы работать в отделе атомной физики. Армейский сигнальный корпус США заключил контракт с Хьюзом на строительство самого современного микроволнового усилителя, известного как рубиновый мазер, и Майман был избран возглавить этот проект. Имеющийся мазер был большим устройством комнатного размера с очень сложной криогенной системой охлаждения и огромным электромагнитом весом почти 2,5 тысячи килограммов. Несмотря на то, что это устройство было большим, тяжелым и очень дорогим, оно не было слишком стабильным. Задача Маймана состояла в том, чтобы сделать его меньше, легче, дешевле и стабильнее. За относительно короткое время конструкция мазера на основе рубина была упрощена, вес был уменьшен более чем в 200 раз, мощность микроволновки была увеличена.
Как изобрели лазер?
Возможность стимулированного излучения была впервые выдвинута Альбертом Эйнштейном в 1917 году. Это требовало электронной “инверсии населения” — контринтуитивного состояния, в котором атомы больше находятся в возбужденном состоянии, чем в состоянии более низкой энергии.
Несколько групп первоклассных ученых в Соединенных Штатах и во всем мире обеспечили щедрое финансирование и начали работу по изготовлению лазера. Наиболее активными были Колумбийская радиационная лаборатория (Таунс), “Bell Telephone Laboratories” (несколько лазерных команд), “TRG”, Массачусетский технологический институт и другие. Майман все еще заканчивал свой проект “Ruby Maser”, когда лазерная гонка началась. Вернувшись в августе 1959 года к своим предыдущим идеям по изготовлению лазера, он уже восемь месяцев отставал от конкурентов. Поэтому решил обратиться к менеджерам “Hughes”, ища финансирование для разработки лазера, ведь такую поддержку было легко обеспечить. Они дали 50 000 долларов, одного техника на неполный рабочий день и девять месяцев на работу над лазером. В отличие от этого, лаборатории-конкуренты начали работать раньше, а некоторые имели бюджеты в миллионы долларов и крупные исследовательские команды.
Практический опыт Маймана с предыдущим проектом диктовал несколько моментов: дизайн должен быть простым, не использовать криогенное охлаждение и опираться на доступные компоненты и материалы. И Майман был уверен, он хорошо знал оптические свойства синтезированного розового рубина и всерьез считал его потенциальной лазерной средой. Майман не был смущен пренебрежительными комментариями других ученых о рубине и решил продолжить свой подход. Он переработал расчеты по свойствам рубина и подтвердил свою предыдущую теорию. Исходный след начал расти в пиках интенсивности, и первоначальное время распада быстро уменьшилось. Так родился лазер. Чтобы подтвердить, что это действительно лазерное действие, исследователи сделали дополнительные измерения спектральной ширины излучаемого света. Майман получил доступ к узкоспециализированному, дорогому спектрографу с высоким разрешением. Используя его, они смогли показать, что только один из двух флуоресцентных режимов, ссылающихся на две спектральные линии, может быть лазером. Это было то, что Майман предусмотрел в своих предварительных расчетах и именно этот режим показан 1960 года.
За свой вклад в науку Майман получил целый ряд престижных международных наград и призов. Первой была Научная премия Фанни и Джона Герца в 1966 году, врученная Майману президентом США Линдоном Б. Джонсоном. В 1984 году он был удостоен премии Вольфа. В 1987 году он получил Японскую премию, которая была вручена в присутствии императора Хирохито Коносуке Мацушита (основателя “Panasonic Corp.”) в присутствии императора Гирохито и Фонда премии. Майман был номинирован на Нобелевскую премию трижды, но успешно. Он также получил много почетных докторских степеней от выдающихся университетов по всему миру.
Почему он добился успеха?
Когда Теодор спроектировал и построил, а затем успешно эксплуатировал свой оригинальный рубиновый лазер, ему понадобилось всего восемь месяцев, чтобы выполнить эту задачу, и он сделал это с бюджетом 50 000 долларов. Способность Теда выполнять инженерные задачи по простейшим конструкциям была одной из главных причин его успеха.
В дополнение к своему глубокому интеллекту ученый получил прекрасное сочетание элементов в своем образовании. Его неформальное образование началось, когда он экспериментировал в лаборатории отца, а позже, когда работал ремонтником электроприборов. Его формальное образование включало как инженерию, так и физику. Инженерия дала ему основу для эффективного и элегантного дизайна, а физика обеспечила глубокое и полное понимание того, что он делает. Его ранний опыт дал ему интуитивное чувство причинно-следственной связи, что сэкономило Теду время в выборе подходов. Он был интересен и легко мотивирован, а затем настойчив в достижении своих целей.