Оптика на кафедре оптики

Санкт-Петербургский университет / № 13 (3409) / 28 мая 1999 года

    Созданная Сергеем Эдуардовичем Фришем более 65 лет тому назад первая в нашей стране кафедра оптики сегодня - самая большая из кафедр оптики России. Родилась она вместе с физическим факультетом в 30-х годах. За время ее работы, когда сменилось всего четыре заведующих (С.Э.Фриш, Н.П.Пенкин, А.Г.Жиглинский и Ю.А.Толмачев), она дала начало новым кафедрам физического факультета - фотоники, молекулярной спектроскопии, общей физики. Научные задачи кафедры, как раньше, так теперь, люди, ее образующие, соответствуют самому передовому фронту научной мысли. Линейная и нелинейная оптика, когерентное взаимодействие света с веществом, нестационарные процессы и явления самоорганизации в плазме, атомные и электронные столкновения, проблемы гиперзвукового полета в разреженной атмосфере - все это представлено на кафедре оптики, и во всех этих областях она является одной из ведущих в стране и в мире.

    Современная оптика может все: “остановить мгновение”, запечатлев на века объемное цветное изображение, дать возможность увидеть невидимое, заставить взаимодействовать световые волны, разделенные во времени на часы и сутки, создать вспышку с температурой миллионы градусов, напоминающую ядерный взрыв “на столе”, и охладить вещество до миллионных долей градуса, разрезать сталь, за миллиардные доли секунды нанести микроскопический узор на бриллианте и помочь прооперировать больного, не пролив ни капли крови.
    Для того, чтобы понять привлекательность и романтичность нашей науки, достаточно поднять голову, увидеть голубое небо и задать вопрос: “ПОЧЕМУ оно голубое? Или “ЧТО ТАКОЕ радуга?” Удовольствие искать и находить ответы на такие “детские” вопросы - это и есть “заниматься оптикой”. К сожалению приходится отвечать и на куда более неприятные, типа: “А кому это нужно?” Ответ наш короток: “Всем!”
    Мы плохо отдаем себе отчет в том, как глубоко проникли самые современные достижения оптики в нашу повседневную жизнь. Лампы, которыми освещены наши дома и улицы, для оптики источники света. Сосчитайте, сколько их в вашем доме и сколько энергии они потребляют, а потом учтите, что на видимый свет пришлось только 3-5% от затраченного. Что такое малоэффективный источник света, мы начинаем понимать только тогда, когда выключается электричество и зажигается свечка. Как повысить эффективность использования энергии - это вопрос для оптиков. Известен и ответ - нужна плазма. Два наших ученых - А.Н.Ключарев и Н.С.Рязанов 23 апреля 1999 г. получили дипломы о регистрации их открытия в физике плазмы. Люминесцентные лампы, содержащие ртуть, используются не потому, что они, с их мерзким цветом, удобнее, чем лампы накаливания, а потому, что они в три-четыре раза меньше потребляют электроэнергии. Заменить ртуть на воду - вот задача достойная наших ученых, и они близки к ее разрешению. А сколько глубочайших фундаментальных проблем было проанализировано на пути к тому, чтобы правильно сформулировать такую задачу с технической точки зрения, знают только у нас.

О.П.Бочкова

А.С. Павлов, заведующий учебным кабинетом квантовой электроники, непосредственно работал с С.Э.Фришем и О. П. Бочковой с 1961 Одна из старейших сотрудниц кафедры оптики, ближайшая помощница С.Э.Фриша, ст.н.с., кандидат физ.мат. наукО.П.Бочкова Н.С.Рязанов, доцент физического факультета, кандидат физико-математических наук

    Цветной телевизор есть, наверное, в каждом доме. Телевизор - это достижение не только и, прежде всего, не столько радиотехники, сколько понимания того, КАК ВИДИТ человек. Кроме того, телевидение - способ передачи информации (если так можно назвать то, что мы видим на экране!). Все уже наблюдали неполадки с цифровым телевидением на канале НТВ и обратили, может быть, внимание на то, что экран погасал пятнам. Как ввести информацию на весь экран сразу - знают на кафедре оптики.
    Лазер. Слово короткое, емкое и уже почти русское. С ним ассоциируется что-то таинственное, огромное, яркий луч, который выписывает фигуры на облаках, или сжигает все на своем пути... Есть и такие, но их мало. Гораздо больше других - миниатюрных, почти невидимых. Они и в проигрывателях цифровых дисков, и в компьютерах, и в указках, излучающих тонкий красный лучик, и в телефонных станциях, и... Некоторым повезло иметь ОУП-проигрыватели маленьких компакт-дисков с прекрасным двухчасовым цветным изображением и 5-канальным звуком. Тоже лазеры. Страшно представить даже, что произойдет с нашей нецивилизованной цивилизацией, если их вдруг не станет. Но это ведь еще только начало! Лазеры и созданы-то всего 35-40 лет тому назад, а уже сегодня ученые говорят о возможности записи суточной программы на одном таком диске, и только наши ученые знают, как это сделать в цифровой форме.
    Импульсные источники света видели все. Они есть в любом фотоаппарате “мыльнице”, которую прихватываешь с собой, отправляясь в путешествие или в гости. Сколько времени длится яркая короткая вспышка? - Миллисекунду - одну тысячную долю секунды. Мы работаем с микросекундными вспышками (милли-милли-секундными), и с пикосекундными (микро-микросекун-дными), и с фемтосекундными (еще в 1000 раз короче), а уже появилось и новое для нас слово - аттосекунды, интервал еще в 1000 раз меньше. Таких импульсов пока ученые еще не создали, но мы уже готовых к их исследованию - наша теория опережает практику. У этого процесса уменьшения длительности вспышки есть и иная сторона: чем короче, тем мощнее. Возникает новый вопрос: “Что произойдет с веществом - атомом или молекулой - при столь кратковременном мощном облучении?” Оказывается, возникает новое состояние материи, при котором свет и вещество выступают как равные партнеры. “А если еще увеличить мощность света?” - Бедный атом! Он целиком теперь подчиняется световому полю, проявляя свою индивидуальность только в том, что вместо обычного света начинает генерировать рентгеновское излучение.
    Создание микроскопа - сначала оптического, а затем электронного - произвело фантастический переворот в познании человеком живой и неживой природы. Но в обычных микроскопах все ограничивается видимым светом (чуть-чуть выходя в инфракрасную и ультрафиолетовую сторону из этого диапазона). Для изучения живых клеток и организмов интереснее всего именно инфракрасное излучение - именно на него откликаются большие молекулы. Но со школы мы знаем: невозможно увидеть маленькие детали изображения с помощью длинноволнового излучения. Сегодня мы говорим: “Можно!” Сколько тайн при этом будет открыто - не беремся предсказать. И у электронного микроскопа есть предел, а вот если вместо линзы такого микроскопа взять отдельный атом, то увеличение можно повысить в 100-1000 раз. Это тоже идея сотрудника кафедры оптики. Основывается она на глубоком теоретическом понимании атомных столкновений, на информации, которая десятилетиями формировалась здесь, в университете и выросла из задач физики плазмы.
    А как можно обойти спектральный анализ? Миллионные доли процента примесей в особо чистых веществах умеют измерять наши физики, мгновенно определять сорт бензина, заглядывать внутрь цилиндров работающего двигателя автомобиля, чтобы правильно настроить его. А разработка технически осуществимых принципов полета самолета со скоростью в 10-20 раз больше скорости звука? - Это тоже оптики университета.
    Мы продолжаем развитие фундаментальных основ нашей замечательной науки, одновременно мы не без успеха пробуем применять знания на практике. Потенциал - огромен. Молодежь, студенты и аспиранты, это хорошо чувствует. Хорошо понимают и ценят нас и наших студентов за рубежом. Дело за немногим - за тем, чтобы это почувствовала, поняла и справедливо оценила власть в НАШЕЙ стране.

Ю.А.ТОЛМАЧЕВ,

зав. кафедрой оптики физического факультета