Оптика на кафедре оптики
Санкт-Петербургский университет / № 13 (3409) / 28 мая 1999 года
С
озданная 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.
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