Александр Михайлович Кубарев

(1935–2020)
Кандидат физико-математических наук

Воспоминания о создании первого лазера в НИРФИ в 1962 году

В 1961 году в американском оптическом журнале появилась статья с описанием рубинового лазера. Во весь разворот помещена цветная картинка, на которой внутри спиральной лампы подсветки изображён рубиновый кристалл, испускающий красный луч света высокой яркости с малой расходимостью – рубиновый лазер.

В конце декабря 1961 г. меня пригласил заведующий моим отделом № 4 Андрей Викторович Гапонов-Грехов (далее – А.В.) и сообщил, что в лаборатории В.М. Файна организуется группа для создания рубинового лазера в НИРФИ. Поскольку в группе пока только радиоинженер (Гончаров А.А.) и оптик (Розенберг Е.Л.), А.В. получил согласие В.М. Файна на включение в работу радиофизика, А.В. попросил меня бросить все дела и полностью включиться в это дело, чтобы, имея большой опыт экспериментатора, взять работу в свои руки. Разумеется, выразил понимание, как тяжело бросать отлаженные дела, в которых уже имелись хорошие результаты. В это время я был соавтором двух опубликованных работ и двух направленных в печать. Заканчивалась подготовка к печати ещё двух работ: расчёт магнитных полей в прямоугольных катушках Гельмгольца и, совместно с И.А. Батыревой, – обзор по импульсным магнитным полям большой напряжённости. Работал экспериментатором-многостаночником. Совместно с В.И. Пискаревым мы конструировали трохотронный генератор на диапазон длин волн 4 мм с поперечным магнитным полем. Сверхпроводящих магнитов тогда не было, поэтому для него требовалось импульсное магнитное поле около 25 кЭ, однородное в объёме трохотрона, и импульс должен иметь квазиплоскую вершину с заданной точностью. Первая задача решалась конструированием прямоугольных катушек Гельмгольца, а вторая теоретически была решена в соавторстве с В.И. Беспаловым, и две статьи были направлены в печать. Экспериментальное решение этих задач было непростым, поскольку импульсное магнитное поле такой напряжённости обычные катушки рвало в клочья. Однако все трудности были преодолены, и началось испытания импульсного трохотрона в диапазоне 4 мм.

Попутно были сделаны попытки наблюдения излучения плазмы на магнитно-циклотронном резонансе (МЦР). Стеклянная кювета с разреженным газом помещалась в специально сконструированный коаксиальный резонатор (требовалось отсутствие витков проводимости в перпендикулярной оси резонатора плоскости), находящейся в продольном магнитном поле. Излучением генератора дециметрового диапазона на частоте МЦР в кювете создавался разряд. При наложении импульсного магнитного поля той же напряжённости ожидался импульс излучения на удвоенной частоте. Однако обнаружить этот эффект мешала десятитысячная гармоника импульса магнитного поля.

Я понимал, что научно-исследовательскую работу придётся начинать с нуля, и задал А.В. только один вопрос: где взять рубины? Он ответил, что берёт это на себя, и дело было решено. К этому времени в СССР было запущено только два лазера – в ленинградском ГОИ и московском ФИАНе. Как только А.В. вручил мне три рубиновых кристалла диаметром 4 мм и длиной 50 мм с серебряными зеркалами на торцах, началась работа. На Московском электроламповом заводе мной были выбраны U-образные лампы ИФК-2000 (2000 джоулей в импульсе). Конструкция первой лазерной головки была простейшей: в круглом металлическом корпусе были закреплены две ИФК-2000 с параллельно расположенными плоскостями. С другого торца вставлялся патрон, в центре которого закреплён рубин таким образом, что в рабочем положении он оказывался между четырьмя светящимися трубками ламп. Для питания ламп подсветки была приспособлена установка, которая использовалась для получения импульсных магнитных полей. То есть батарея конденсаторов ёмкостью 1000 мкФ на напряжение 3 кВ и соответствующее зарядное устройство. Имелось устройство для запуска игнитронов и экситронов при создании импульсных магнитных полей. После установки на выходе устройства автомобильной катушки зажигания были получены импульсы напряжения 20 кВ для запуска ламп ИФК-2000. Для охлаждения системы применялась продувка воздуха пылесосом.

23 апреля 1962 года, в день рождения Марии Тихоновны Греховой (тогда – директора НИРФИ) был запущен третий в СССР лазер – в комнате 313 отдела № 4 НИРФИ. Сначала сами находящиеся в комнате очумело смотрели на красное пятнышко на дальней стене комнаты. Убедившись, что это не галлюцинация, стали приглашать всех, кто был поблизости. Затем началось столпотворение. Сотрудники института выстраивались в коридоре в очередь, их группами приглашали в комнату «на два выстрела». «Выстрелами» называли вспышки лазера, поскольку они сопровождались очень громким хлопком. Из-за пондемоторных сил лампы подсветки вздрагивали, а тонкий металлический корпус резонировал. Профессор Жевакин С.А. упорно утверждал, что не видел никакого луча, поскольку его глаза моргают от громкого звука. Пришлось его пересадить к самому экрану, чтобы звук достигал его ушей попозже.

Затем несколько недель мы были вынуждены заниматься такой демонстрацией, поскольку увидеть «чудо двадцатого века» пожелали гости из других организаций, руководители района, города, области. Все гордились тем, что третий в CCCP лазер запущен в городе Горьком, в НИРФИ. Аналогичное паломничество мы пережили ещё раз позднее, когда лазерным лучом стали прожигать советские металлические рубли.

Интенсивная работа велась по трём направлениям – увеличение мощности лазера, исследование характеристик излучения и физических процессов в рубине. Почти каждый месяц создавалась новая конструкция лазерной головки, так что 17 августа был получен след на оловянной фольге в фокусе линзы F=12 см, а 27 октября в фокусе той же линзы уже прожигали медную фольгу толщиной 0,025 мм. Физические исследования расширялись по мере оснащения оптической аппаратурой. Так, вначале использовались линзы, фотоаппараты, ФЭУ с осциллографами, а с 28 августа начали работать уже с уникальным скоростным фоторегистратором СФР-1. Новые физические результаты получались буквально каждый день, поэтому несколько раз в неделю проводились обсуждения хода работ с А.В. Гапоновым и В.И. Беспаловым.

В.И. Беспалов был научным руководителем во всех моих предыдущих работах и вместе со мной переключился на лазерную тематику. А вот с В.М. Файном обсуждать свою работу мне не довелось ни разу. Короче говоря, это направление лазерной тематики закрепилось за отделом № 4 А.В. Гапонова. Расширение фронта работ происходило за счёт подключения новых сотрудников отдела № 4, а затем и отдела № 5, руководимого М.А. Миллером. Приятно отметить, что строгого разграничения работ между этими отделами не было – работали единым «45-м» отделом.

В заключение считаю необходимым отметить, что начало работ по лазерной тематике пришлось на счастливое для нашей науки время. На приобретение материалов и оборудования фактически не было ограничений (к сожалению, были ограничения на зарплату – оклад старшего инженера Кубарева А.М. был тогда 150 рублей). Для обслуживания работ по лазерной тематике была создана группа конструкторов во главе с Б.В. Сериным, оптическая лаборатория В.И. Кацмана, оснащённая установкой для вакуумного напыления зеркал и очень дорогими станками с алмазной обработкой деталей. Для разработки и изготовления новых систем питания и управления лазеров – лаборатория В.В. Подмоскова. Дзержинский завод «Корунд» умел изготовлять небольшие рубиновые кристаллы для ювелирных и технических целей. Второй секретарь обкома КПСС С.В. Ефимов (он курировал НИРФИ) добился переоснащения завода для выращивания больших рубиновых кристаллов, при этом имеющих очень высокую однородность.

Мы стали получать кристаллы с разной, заранее заданной, концентрацией ионов хрома, из которых в лаборатории В.И. Кацмана изготовлялись рабочие элементы диаметром до 10 мм и длиной до 200 мм. При работе с внешними зеркалами необходимо очень жёсткое крепление кристалла. Но крепёжное устройство экранирует от света накачки оконечные области кристалла, и они становятся поглотителями. Нам стали выращивать рубиновые кристаллы с сапфировыми концами.

Первый в НИРФИ неодимовый лазер (на стекле, активированном ионами неодима) был запущен 6 сентября 1963 года. Страшно подумать о судьбе лазерной тематики, если бы начало лазерной эпохи пришлось на 30 лет позже. Когда приобретение простого вольтметра стало проблемой, а завод «Корунд» разорён и больше не работает. Так что всё здесь написанное можно считать воспоминаниями о светлом прошлом.