ПРЕДИСЛОВИЕ

В этой книге собраны лекции, читавшиеся автором в течение ряда лет по курсу основ квантовой электроники для. студентов Московского физико-технического института.

Работа со студентами, аспирантами и стажерами-исследователями привела автора к выводу о необходимости разработки простого лекционного курса по квантовой электронике, в котором в сжатой форме были бы представлены основные физические идеи этой науки и дано описание принципов действия наиболее важных ее приборов. Цель курса — дать будущим физикам-экспери-ментаторам, инженерам-физикам и радиоинженерам, имеющим намерение работать в области исследований и применений лазерного излучения, необходимый минимум начальных сведений по квантовой электронике. Задача создания курса лекций такой направленности чрезвычайно сложна и к настоящему времени вряд ли может быть решена в общем виде. Поэтому автор при составлении предлагаемых лекций исходил из своего опыта работы в научно-исследовательской лаборатории общефизического профиля, широко использующей лазерные излучения. Вероятно, такой подход в какой-то мере придал изложению односторонний характер.

Лекции начинаются изложением физических основ квантовой электроники, сводящихся, прежде всего, к применению эйнштейновской теории излучения к термодинамически неравновесным системам с дискретными уровнями энергии. При этом большое внимание уделено понятию обратной связи, реализуемой при индуцированном излучении в резонаторах. Значительное место занимает рассмотрение процессов создания резонатором лазера пучка света высокой направленности и управления его модовым составом. Завершается эта часть курса сводкой основных формул квантовой электроники.

Вторая часть курса посвящена изложению методов создания активной среды и описанию свойств таких наиболее известных лазеров, как гелий-неоновый, аргоновый, медный, и - лазеры, лазеры на красителях и центрах окраски, на рубине и неодиме. Большое внимание уделено газодинамическим, химическим, эксимерным и полупроводниковым лазерам и лазерам на свободных электронах. Рассмотрены вопросы перестройки длины волны

лазерного излучения. Завершается эта часть курса сводным описанием характерных особенностей наиболее известных лазеров, обсуждением тенденций развития квантовой электроники и областей применения лазеров.

Для квантовой электроники характерно глубокое проникновение идей теории колебаний и методов электроники СВЧ в оптику. Вместе с тем предметную основу квантовой электроники составляют спектроскопия и физическая оптика. Поэтому в ходе изложения автор стремился показать, как в квантовой электронике соединение радиофизики, спектроскопии и волновой оптики дало возможность исключительно высокой, по существу предельной, концентрации энергии электромагнитного излучения в пространстве, во времени и в частотном интервале. Ввиду бурного развития квантовой электроники основное внимание уделено при этом не конкретным достижениям тех или иных лазерных параметров, а принципам действия и потенциальным возможностям рассматриваемых лазеров. В процессе изложения автор старался возможно более часто обращать внимание на аналогичность процессов, происходящих в различных лазерах, подчеркивая вместе с тем их характерные отличительные черты .

Автор глубоко благодарен своему учителю Александру Михайловичу Прохорову, многолетнее общение с которым сделало возможным написание предлагаемого курса.

Автор благодарен своим друзьям и коллегам Ф. В. Бункину, В. Г. Веселаго, П. П. Пашинину, внимательно прочитавшим рукопись этой книги и сделавшим много полезных для автора замечаний.

Автор благодарен рецензентам — кафедре оптики и спектроскопии физического факультета МГУ и Ю. А. Кравцову — за целый ряд конструктивных замечаний, с признательностью принятых автором при окончательной подготовке рукописи книги.

Автор благодарен И. И. Горячко и Л. А. Фарфориной за большую помощь в подготовке рукописи, а также М. Н. Андреевой за помощь в подготовке иллюстраций.

Автор, бывший в сейчас уже далекие сороковые годы студентом первого набора физико-технического факультета МГУ, посвящает эти лекции основоположникам физтеха.

Я. В. Карлов