CC BY
127
Васильев В.А., Чернецов К.Н.
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ И ЗНАМЕНАТЕЛЬНЫЕ СОБЫТИЯ В ИСТОРИИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И СТАНОВЛЕНИЯ КВАНТОВОЙ И ОПТИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
Прогресс в различных областях науки и техники немыслим без квантовой и оптической электроники, которая всё интенсивнее внедряется во все сферы человеческой деятельности.
Считается, что квантовая и оптическая электроника, как отдельная наука, сформировалась в двадцатом веке. Однако, она имеет глубокие и неразрывные корни с другими даже более древними науками. В основе квантовой и оптической электроники лежат процессы взаимодействия света с веществом. Она родилась на стыке нескольких направлений и базируется на классической оптике, оптике полупроводников, физике твёрдого тела и квантовой механике.
В истории возникновения и становления квантовой и оптической электроники можно условно выделить четыре основных этапа: 1) первые открытия оптических явлений и свойств; 2) установление фундамен-
тальных понятий и законов оптической теории; 3) развитие квантовой и оптической электроники; 4) последние открытия и достижения квантовой и оптической электроники.
Первые открытия оптических явлений и свойств. В развитии учения об оптических явлениях и эффектах основополагающая роль отводится оптике.
В древности оптика была прямо или косвенно связана с практическими нуждами. Греческие геометры обнаружили видимую прямолинейность распространения света, обратив внимание на отбрасываемые предметами тени. Учение о свете даже было включено в линейную геометрию. Наука об отражении лучей от зеркальных поверхностей была названа катоптрикой. Методика прослеживания хода луча для нахождения изображения, впервые изученная во времена Пифагора (в VI веке до н. э.), широко используется при оптических расчётах и в наши дни.
Проводя исследования в области оптики, Пифагор считал, что объекты становятся видимыми благодаря «выстреливаемым» ими крохотным частицам, попадающим в глаз человека. Зная законы отражения, он развивал геометрические методы построения мнимых изображений плоскими и кривыми зеркалами, основанные на прослеживании отраженных лучей и их продолжений за зеркало.
В V веке до н.э. греческий философ Эмпедокл выдвинул теорию, согласно которой, предметы становятся видимыми благодаря неуловимому щупальцу, простирающегося от глаза и захватывающего видимый предмет. Эта идея получила название теории окулярных пучков.
В веках до н.э. в школе Платона были сформулированы два закона геометрической оптики - пря-
молинейность лучей света и равенство углов их падения и отражения.
В IV веке до н.э. древнегреческий философ и ученый Аристотель, отвергая теорию окулярных пучков, полагал, что свет является проявлением некоей разряженной среды, называемой пеллуцид и заполняющей всё пространство.
В III веке до н.э. Эвклид установил законы распространения и отражения света. В трактатах «Оптика» и «Катоптрика» он привел теоремы о равенстве углов падения и отражения, о симметричности предмета и изображения в плоском зеркале, о положении изображения на одной прямой с предметом в сферических зеркалах и т.п. Эвклида считают основоположником геометрической оптики. Теоретиком оптики был Архимед. Он обобщил все достижения греческой геометрической оптики.
В веке н.э. Герон Александрийский - древнегреческий инженер и математик систематизировал
знания древних в области световых явлений. Следуя его трудам, все ученые стали разделять оптику на катоптрику, то есть науку об отражении и диоптрику - науку об изменении направления световых лучей при попадании в прозрачные среды, или, как мы теперь говорим, о преломлении.
Во II веке н.э. Клавдий Птолемей - геометр и астроном из Александрии первым ввел поправку на рефракцию, описал диоптрические исследования с целью учёта влияния атмосферы при астрономических наблюдениях.
Со И-Ш века н.э. дальнейшее развитие науки происходило в арабском мире. Считается, что именно арабы создали линзы, однако по преданию, ещё император Нерон пользовался обработанным смарагдом (изумрудом) для наблюдения гладиаторских боев. Ибн ал-Хайсам (латинизированное имя Альхазен) из Каира установил, что падающий на поверхность зеркала луч и луч отраженный лежат в одной плоскости. Обширные сведения по оптике содержались в трудах арабских астрономов и философов Ибн-Сины и Ал-Бируни, написанных ими в Х-Х! веках.
Наиболее важным достижением средневековья было изобретение в XIII веке - очков. В этот же период появились работы Роджера Бэкона - монаха-учёного, уделявшего большое внимание преломлению и отражению в линзах и зеркалах.
Начиная с конца XV века, происходит резкий сдвиг оптики в практическую область, во многом благодаря трудам Леонардо да Винчи.
По многим данным, в 1590 года Захарий Янсен - нидерландский физик построил первый двухлинзовый микроскоп.
Начала анализа и синтеза оптических систем положены на рубеже XVI-XVII веков И. Кеплером -немецким астрономом и оптиком. Кеплер описал перевернутое изображение на сетчатке глаза, вывел формулу, связывающую фокусное расстояние линзы с положениями предмета и его изображения на оптической оси, и ввел ряд новых терминов (сходимость и расходимость пучков, оптическая ось, фокус системы).
Законы преломления света были экспериментально установлены в 20-30-е годы XVII века голландским учёным В. Снелиусом и французским учёным Р. Декартом. В 1621 г. Снелиус экспериментально обнаружил закон, связывающий угол, под которым наклонен свет, падающий на границу раздела двух сред, с углом, на который световой пучок, прошедший через границу раздела, отклонился. Он впервые связал между собой синусы этих углов. Закон, носящий имя В. Снелиуса был независимо от него открыт чисто математически Р. Декартом и опубликован им в 1637 г. Используя закон Снелиуса, Декарт первым исправляет сферическую аберрацию. Этим было завершено построение фундамента геометрической оптики.
Установление фундаментальных понятий и законов оптической теории. Со второй половины XVII века формируется отдельная наука - прикладная оптика. При этом на новом уровне определяются фундаментальные понятия и законы оптической теории.
Во второй половине XVII века (примерно в 1662 году) французский математик и физик Пьер Ферма установил основной принцип геометрической оптики (принцип Ферма) - свет распространяется между двумя точками по наикратчайшему пути, для прохождения которого необходимо наименьшее время.
Дальнейшее развитие оптики связано с открытиями дифракции света - итальянским учёным Ф. Гримальди в 1665 году, интерференции света, а также двойного лучепреломления (двулучепреломления) - датским учёным Э. Бартолиниусом в 1669 году.
В 1666 году английский ученый Исаак Ньютон при помощи трёхгранной стеклянной призмы разложил солнечный свет на семь цветов (в спектр), а затем соединил их снова, получив исходный белый свет.
В 1672 году Роберт Гук независимо от Гримальди проделал ряд опытов и описал явление дифракции с точки зрения колебаний эфира.
В 1675 году И. Ньютон предложил корпускулярно-волновую теорию света.
В 167 8 году голландский физик, механик, математик Христиан Гюйгенс разработал волновую теорию света. Объясняя механизм распространения света, Гюйгенс выдвинул принцип, согласно которому каждый элемент волны считается центром вторичных волн, и прямолинейное распространение света является следствием огибающей вторичных волн, как в прямом, так и в отраженном свете. Волновая теория света Гюйгенса была шагом вперед, однако в XVII веке победил авторитет Ньютона, и волновая теория была отложена более чем на сто лет.
Значительные достижения в XVIII веке были связаны с изучением световой энергетики - в качестве самостоятельной науки оформилась фотометрия, в основном благодаря работам французского учёного П. Бугера и немецкого учёного И. Г. Ламберта. Бугер первым ввёл понятие количества света, принцип градации света и разработал методы измерения силы света. В 1729 году он открыл закон ослабления света в среде. В 1760 году Ламберт фактически установил основные понятия фотометрии (сила света, яркость и освещенность) и ряд фотометрических закономерностей относящихся к точечному источнику света. Он объяснил закон поглощения света средой, первоначально установленный в 1729 году Бугером (так называемый закон Бугера - Ламберта) , установил экспоненциальную зависимость пропускания света в среде и ввёл новое понятие коэффициента поглощения.
К этому времени относятся первые научные исследования по оптике в России: М. В. Ломоносов не
только создавал отечественные рецептуры варки цветных и прозрачных стекол, но также вёл активные прикладные работы. В оптике он придерживался волновой теории света, разработал теорию цветов, сконструировал ряд оптических приборов. Значительные успехи в оптике XVIII века связаны с именем постоянно работавшего в России математика, механика и физика Л.Эйлера (родился в Швейцарии). Помимо собственно оптических достижений его теория функций комплексного переменного стала впоследствии фундаментом математического аппарата волновой оптики. Считается, что Эйлер первым записал уравнение плоской гармонической волны.
Начиная с XIX века, волновая теория света постепенно завоёвывает устойчивые позиции.
В 1800 английский учёный Т. Юнг предложил принцип суперпозиции волн. Благодаря Т. Юнгу в 1801 году появляется теория интерференции, объясняющая явление перераспределения световой энергии в пространстве. Опыт Юнга (1802 г.) с двумя щелями, позволяющий наблюдать интерференцию, стал классическим.
В 1808 году французский физик Э. Л. Малюс открыл явление поляризации света при отражении, ввел понятие плоскости поляризации, установил закон изменения интенсивности поляризованного света при повороте поляризатора (закон Малюса). Он разработал теорию двойного лучепреломления света в кристаллах.
В 1815 году французский учёный Ж. Б. Био открыл круговую поляризацию и закон вращения плоскости поляризации света (закон Био). В этом же году шотландский физик Д. Брюстер установил связь между показателем преломления диэлектрика и углом падения света, при котором отраженный от поверхности свет полностью поляризован (закон Брюстера). Он также открыл двойное лучепреломление в средах с искусственной анизотропией (стекло подвергалось одноосному сжатию), существование двухосных кристаллов (1818 г.).
В 1816 году французский физик О. Ж. Френель дополнил принцип Гюйгенса, введя представление о когерентности элементарных волн и их интерференции (принцип Гюйгенса - Френеля). На основе этого принципа в 1818 году Френель разработал теорию дифракции света. Впервые рассмотрел дифракцию от резкого края и круглого отверстия.
В 1833 году шотландский физик Д. Брюстер открыл флюоресценцию.
В 1845 году английский физик М. Фарадей обнаружил явление вращения плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея). Фарадей в 184 6 году впервые высказал идею об электромагнитной природе света.
В 1852 году Дж. Стокс описал явление флюоресценции. Дж. Стоксом установлен факт того, что длина волны света люминесценции больше длины волны возбуждающего света (правило Стокса). Стокс открыл прозрачность кварца для ультрафиолетовых лучей.
В 1859 году немецкий физик Г. Р. Кирхгоф установил один из основных законов теплового излучения, согласно которому отношение испускательной способности тела к поглощательной не зависит от природы излучающего тела (закон Кирхгофа). Кирхгоф, первым предложил (1862 г.) концепцию черного тела и
создал его модель.
В 1860-х годах английский физик Д. К. Максвелл создал теорию электромагнитного поля, которую он сформулировал в виде системы нескольких уравнений (уравнения Максвелла), предсказав новый важный эффект: существование в свободном пространстве электромагнитного излучения (электромагнитных волн)
и его распространение со скоростью света. Максвелл раскрыл связь между оптическими и электромагнитными явлениями. Теория Максвелла позволила с единых позиций подойти к описанию радиоволн, света, рентгеновских лучей и гамма излучения.
В 1873 году американский физик У. Смит обнаружил в слоях селена фотопроводимость. В 1875 году шотландский физик Д. Керр открыл явление двойного лучепреломления в оптически изотропных веществах, помешенных в однородное электрическое поле (электрооптический эффект Керра).
В 1880 году голландский физик Х. А. Лоренц независимо от датского физика Л. В. Лоренца дал формулу зависимости показателя преломления вещества от его плотности (формула Лоренц - Лоренца). К этой формуле Л.В. Лоренц пришёл ещё в 1869 г.
В 1884 году Л. Больцман впервые применил к излучению принципы термодинамики. В этом же году Дж.
Г. Пойнтинг - английский физик, ввел понятие о потоке электромагнитной энергии (вектор Умова -
Пойнтинга), используемое, в том числе в оптике.
В 1888 году профессор Московского университета А. Г. Столетов открыл внешний фотоэффект и изобрёл первые вакуумные фотоэлементы. В 1889 году он установил прямую пропорциональность силы фототока количеству падающей световой энергии (закон Столетова).
В 1893 году немецкий физик В. Вин открыл два закона излучения абсолютно черного тела (закон излучения Вина и закон смещения Вина), за что был удостоен Нобелевская премия 1911 г.).
В 1896 году П. Зееман - нидерландский физик открыл явление расщепления спектральных линий под влиянием магнитного поля (Эффект Зеемана). (Нобелевская премия 1902 г.)
В 1897 году английский физик Дж. Дж. Томсон и немецкий физик Э. Вихерт независимо друг от друга открыли электрон. Немецкий физик К. Ф. Браун сконструировал катодную трубку, в которой движением электронов управляло магнитное поле (электроннолучевая трубка).
В 1899 году английский физик Дж. У. Рэлей разработал теорию молекулярного рассеяния света (рэле-евское рассеяние). Русский физик П. Н. Лебедев открыл и измерил давление света на твёрдые тела, а затем и на газы (1907 г.).
Развитие квантовой и оптической электроники. В 1900 году немецкий физик Макс Планк (Нобелевская премия 1918 г.) при анализе распределения по длинам волн равновесного теплового излучения пришёл к необходимости введения понятий о квантовых скачках и кванте действия h как минимальном действии. Впоследствии эта постоянная, имеющая размерность [ Дж • с ], была названа постоянной Планка.
В 1905 году немецко-швейцарско-американский физик А. Эйнштейн (Нобелевская премия 1921 г.) на основе теории Планка возродил в новой форме корпускулярную теорию света, предположив, что кванты Планка существуют в виде реальных частиц, названных им световыми квантами или фотонами.
В 1907 году российский учёный Б. Л. Розинг изобрел электронную систему получения телевизионного изображения при помощи электроннолучевой трубки
В 1880-1909 г.г. Х. А. Лоренц создал классическую электронную теорию, основанную на анализе движений дискретных электрических зарядов.
К 1850-1910 годам относится создание газосветных трубок. В тридцатых годах XX века начались интенсивные исследования по применению люминофоров в газосветных трубках. Первые образцы ртутных ламп были изготовлены в СССР в 1927 году, газосветных ламп - в 1928 году, натриевых ламп - в 1935 году.
В 1912 году американский физик Р. Э. Милликен проверил уравнение Эйнштейна для фотоэффекта и вычислил постоянную Планка. Р. Э. Милликен за работы по определению элементарного электрического заряда и фотоэлектрическому эффекту удостоен в 1923 г. Нобелевской премии.
В 1913 году Н. Бор (Нобелевская премия 1922 г.) установил простую зависимость частоты излучения от разницы энергий электронов, находящихся на различных уровнях. Немецкие физики Дж. Франк и Густав Герц (племянник Генриха Герца) экспериментально доказали существование дискретных уровней энергии атомов (опыт Франка - Герца) (Нобелевская премия 1925 г.)
В 1917 году А. Эйнштейн ввёл понятие об индуцированном излучении. В этом же году были изготовлены первые фотосопротивления (Т. Кэйз).
В 1922 году американский физик А. Х. Комптон (лауреат Нобелевской премии, 1927 г.) открыл явление рассеяния коротковолнового излучения на свободном или слабо связанном электроне (эффект Комптона), чем экспериментально доказал существование фотона. В 1923 г. А. Комптон и П. Дебай дали теоретическую интерпретацию этому явлению. А. Эйнштейн предложил вариант единой теории поля, разработкой которой он занимался всю последующую жизнь. Датский физик Н. Бор (Нобелевская премия, 1922 г.) пришел к представлению об оболочечной структуре атома, основанному на классификации электронных орбит по главному и азимутальному квантовым числам.
В 1923 году советский физик О. В. Лосев наблюдал свечение кристаллов карборунда (карбида кремния SiC) под действием электрического тока и дал объяснение этому явлению, которое легло в основу действия современных электролюминесцентных источников света. В этом же году советский физик, академик АН СССР С. И. Вавилов (совместно с В. Л. Лёвшиным) обнаружил уменьшение поглощения света урановым стеклом с ростом интенсивности света. Он ввёл термин нелинейная оптика.
В 1924 году австрийско-швейцарский физик В. Э. Паули (Нобелевская премия 1945 г.) для объяснения сверхтонкой структуры спектральных линий предположил гипотезу ядерного спина.
Индийский физик Ш. Бозе и А. Эйнштейн разработали квантовую статистику частиц с целым спином (статистика Бозе - Эйнштейна).
В 1926 году разработана квантовая статистика для частиц с полуцелым спином - статистика Ферми -Дирака (Э. Ферми, П. Дирак). Австрийский физик Э. Шредингер (Нобелевская премия 1933 г.) построил волновую механику и сформулировал её основное уравнение, названное его именем (уравнение Шрединге-ра). Э. Шредингер доказал математическую эквивалентность матричной механики В. Гейзенберга (Нобелевская премия, 1932 г.) и волновой механики.
В 1927 году советский физик С. И. Вавилов открыл зависимость квантового выхода люминесценции от длины волны возбуждающего излучения (закон Вавилова). Английский физик П. Дирак (Нобелевская премия 1933 г.) применил принципы квантовой теории к максвелловскому полю и получил первую модель квантованного поля. Был разработан метод вторичного квантования (П. Дирак и др.), создана квантовая теория излучения, предсказана тождественность квантов вынужденного и первичного излучений, лежащая в основе квантовой электроники.
В 1928 году А. Зоммерфельд разработал первую квантовую теорию металлов, а В. Паули объяснил сверхтонкую структуру спектров. Датским физиком Л. Розенфельдом построена квантовая теория оптической активности паров.
В 1928 году советскими физиками Г. С. Ландсбергом и Л. И. Мандельштамом открыто комбинационное рассеяние света в кристаллах и одновременно индийскими физиками Ч. Раманом и К. Кришнаном при исследовании рассеяния света в жидкостях (эффект Рамана).
В 1929 году немецкий физик Х. А. Бете (Нобелевская премия 1967 г.) разработал теорию кристаллического поля.
В 1930-х годах американский физик Ф. Блох (Нобелевская премия 1946 г.) и французский физик Л. Бриллюэн разработали основы зонной теории твёрдых тел (в 1930 г. Л. Бриллюэн ввёл понятие запрещённых зон). Созданы первые квантовомеханические теории ферромагнетизма, основанные на обменном взаимодействии электронами: коллективизированная модель (советским физиком-теоретиком Я. И. Френкелем)
и модель локализованных спинов (В. Гейзенберг). Открыто селективное рассеяние света (советскими учёными Л. И. Мандельштамом и Г . С. Ландсбергом). Советские физики И.Е. Тамм и С. П. Шубин заложили основы теории фотоэффекта в металлах. И.Е. Тамм разработал квантовую теорию рассеяния света в
кристаллах.
В 1931 году американский инженер и изобретатель российского происхождения В. К. Зворыкин создал первый иконоскоп - передающую телевизионную трубку.
В 1932 году группой американских учёных во главе с Е. Лэндом впервые разработаны поляроиды, серийное изготовление которых начато с 1935 года.
В 1933 году советские физики М. А. Леонтович и Л. И. Мандельштам разработали теорию рассеяния света в твёрдых телах.
В 1934 году советские учёные П. А. Черенков под руководством С. И. Вавилова обнаружили излучение, возникающее при движении электрически заряженной частицы в среде с постоянной скоростью, превышающей фазовую скорость света в этой среде (излучение Черенкова - Вавилова).
В 1937 году советские учёные И. Е. Тамм и И. М. Франк построили теорию излучения (излучения Ва-
вилова - Черенкова) быстро движущегося в среде электрона.
В 1940 году советский физик В. А. Фабрикант впервые указал на возможность использования индуцированного излучения для наблюдения отрицательного поглощения (усиления).
В 1947 году венгерско-английский физик Д. Габор разработал принципы голографии с записью волнового поля в одной плоскости (Нобелевская премия 1971 г.) . Советский физик Н.Н. Боголюбов предложил метод приближенного вторичного квантования.
В 1948 году американский физик У. Б. Шокли (вместе с Дж. Пирсоном) обнаружили эффект поля, имевший важное значение для изобретения транзистора. Открыт транзисторный эффект и построен кристаллический триод с точечным контактом - первый полупроводниковый транзистор (Дж. Бардин, У. Браттейн).
Шокли, Бардин и Браттейн удостоены Нобелевской премии (1956 г.).
В 1948 году С. Томонага (Япония), Д. Швингер (США) и независимо от них Р. Фейнман (США) создали
современную квантовую электродинамику (квантовая электродинамика Фейнмана - Швингера - Томанаги (Нобелевская премия 1965 г.) .
В 194 9 году американский физик У.Б. Шокли разработал теорию р-п-перехода (теория Шокли) и предложил транзистор с плоскостными переходами. В 1950 году французский физик А. Кастлер разработал метод оптической накачки. Советские физики В. Л. Гинзбург (Нобелевская премия 2003 г.) и Л. Д.
Ландау (Нобелевская премия, 1962 г.) разработали квантовую теорию сверхпроводимости. Американские физики Э. М. Парселл (совместно с Р. Паундом) впервые наблюдали индуцированное излучение. Датский физик-теоретик О. Бор (сын Н. Бора) и американо-датский физик Б. Моттельсон развили обобщённую модель атомного ядра, за что все трое в 1975 году были удостоены Нобелевской премии.
В 1951 году советский физик В. А. Фабрикант (совместно с М.М. Вудынским и Ф.А. Бутаевой) установили явление усиления электромагнитных волн индуцированным излучением. В 1953 году французский физик А. Кастлер открыл явление оптической ориентации парамагнитных атомов (Нобелевская премия 1966 г.). Сформулирована теория полупроводникового лазера на р-п переходах (Дж. фон Нейман, США).
В 1954 году советские учёные Н. Г. Басов и А. М. Прохоров разработали проект, а американский учёный Ч. Таунс. создал действующее устройство на пучке молекул аммиака, получившее название мазер (позднее им была присуждена Нобелевская премия). 1954 год считают годом рождения квантовой электроники как самостоятельной науки.
В 1958 году американские учёные Ч. Х. Таунс и А. Л. Шавлов разработали принцип работы лазера. Советские физики Н. Г. Басов, Б. М. Вул и Ю. М. Попов выдвинули идею полупроводникового квантового генератора и усилителя. Высказана идея газодинамического (теплового) лазера. В этом же году были предложены первые оптические резонаторы открытого типа в виде двух плоских параллельных зеркал А.М. Прохоровым, а затем Р.Х. Дикке, А.Л. Шавловым и Ч.Х. Таунсом.
В 1960 году американский физик Т. Мейман построил первый успешно работающий лазер с рубиновым стержнем в качестве активного вещества. В этом же году создан газовый лазер, работающий на смеси гелия и неона (А. Джаван, В. Беннет и Д. Эрриот, США).
В 1960 году в физическом институте АН СССР в Москве был рассмотрен принцип работы полупроводникового инжекционного лазера, а в 1962 году в ФТИ АН СССР в Ленинграде было обнаружено эффективное рекомбинационное излучение и наблюдалось вынужденное излучение в кристаллах арсенида галлия (GaAs). Параллельно в ФТИ Ж. И. Алфёровым (Нобелевская премия 2000 г.), с сотрудниками успешно проводились работы по получению гетеропереходов и созданию на их базе эффективных приёмников и источников света. Работами А.Л. Шавлова и Н. Бломбергена положено начало лазерной спектроскопии.
В 1962 году были созданы полупроводниковые лазеры одновременно несколькими группами американских исследователей (Р. Холлом, М. И. Нейтеном, Т. Квистом и др.), хотя теоретическое обоснование работы лазера сделал Н. Г. Басов с сотрудниками в 1958 году. Советский физик Ю. Н. Денисюк в 1962 году разработал метод голографии с записью в трёхмерной среде, позволяющий рассматривать голограммы в белом свете. В этом же году советские физики Р. В. Хохлов и С. А. Ахманов (одни из основателей нелинейной оптики) предложили первый параметрический генератор света.
В 1962 году Н. Бломберген сформулировал теорию, обосновывающую появление в лазерном излучении гармоник, кратных основной частоте. За вклад в развитие лазерной спектроскопии в 1981 году Н. Блом-бергену и А.Л. Шавлову была присуждена Нобелевская премия по физике (совместно с К. Сигбаном).
В 1963 году советскими физиками Н. Г. Басовым и О.Н. Крохиным выдвинута идея получения высокотемпературной плазмы с помощью сфокусированного излучения лазера (лазерный термоядерный синтез). Построена теория ионизации в сильном световом поле (Л. В. Келдыш).
В 1964 году советский физик И. К. Кикоин открыл фотопьезоэлектрический эффект. Создан ионный ла-
зер (У. Бриджес, США).
В 1965 было обнаружено явление самофокусировки световых пучков. Явление самофокусировки электромагнитных волн было предсказано в 1962 советским физиком-теоретиком Г. А. Аскарьяном.
В 1966 году советский физик А. М. Прохоров построил новый тип мощного газового лазера - газоди-
намический лазер. Создан рубиновый лазер с нерезонансной обратной связью. Американский физик К. Пател изобрел лазер повышенной мощности на смеси углекислого газа и азота.
В 1967 году советский физик Ю. А. Осипьян открыл фотопластический эффект. Обнаружено двойное тормозное излучение. Началось исследование нелинейных явлений, связанных с распространением в среде сверхкоротких (длительностью до 10-12 сек) световых импульсов.
В 1968 году получено видимое изображение предметов, освещаемых инфракрасным излучением, с помощью преобразования частоты излучения методами нелинейной оптики (Дж. Мидвинтер, Дж. Уорнер).
Последние открытия и достижения в области квантовой и оптической электроники. В 1970-е годы впервые наблюдались когерентные нелинейные эффекты в рентгеновской области. Экспериментально осуществлено умножение частоты в области вакуумного ультрафиолета. Наблюдались узкие двухфотонные резонансы (Н. Бломберген, А. Шавлов).
В 197 6-77 годах создан лазер на свободных электронах (Дж. Мейди с сотрудниками, США).
В 1980 году немецкий физик К. фон Клитцинг (Нобелевская премия, 1985 г.) открыл квантовый эффект Холла.
В 1982 году швейцарские физики Г. Бинниг и Г. Рорер (Нобелевские лауреаты 1986 г. вместе с немецким физиком Э. Русской) создали сканирующий туннельный микроскоп, позволяющий строить трёхмерную картину расположения атомов на поверхностях проводящих материалов.
В 1985 году трое американских химиков Р. Смэлли, а также Р. Карл и Х. Крото (Нобелевские лауреаты, 1996 г.) открыли фуллерены - молекулы, состоящие из 60 атомов углерода, расположенных в форме сферы. Эти ученые также впервые сумели измерить объект размером 1 нм.
В 1986 г. Герд Бинниг разработал сканирующий атомно-силовой зондовый микроскоп, позволивший визуализировать атомы любых материалов (не только проводящих), а также манипулировать ими.
В 1991 году японский учёный С. Лиджима использовал фуллерены для создания углеродных трубок (или нанотрубок) диаметром 0,8 нм. На их основе в наше время выпускаются материалы в сто раз прочнее стали.
В 1998 году голландский профессор С. Деккер создал транзистор на основе нанотрубок, используя их в качестве молекул. Для этого ему пришлось первым в мире измерить электрическую проводимость такой молекулы.
В 2002 году С. Деккер соединил углеродную трубку с ДНК, получив единый наномеханизм.
В последние десятилетия разработаны и развиты методы удержания одиночного иона в ловушке и прецизионная спектроскопия высокого разрешения. За достижения в этом направлении Х. Д. Демелт (США) и В. Пауль (Германия) в 1989 году удостоены Нобелевской премии по физике. Учёными С. Чу, У. Д. Филипсом (США) и К. Коэн-Тануджи (Франция) развиты методы охлаждения и захвата атомов с помощью лазерного излучения (Нобелевская премия, 1997 г.).
Применение нанотехнологий, использование наноструктур, квантово-размерных слоёв и сверхрешёток позволило создать элементы квантовой и оптической электроники с характеристиками, близкими к теоретическому пределу.
Важным этапом в развитии квантовой и оптической электроники явилось создание оптических волокон с низкими потерями (менее 1 дБ/см), что привело к широкому развитию систем передачи информации через волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). Интенсивно развиваются устройства записи, воспроизведения и обработки оптической информации. Элементы квантовой и оптической электроники с каждым днём всё больше становятся неотъемлемой частью нашего бытия, прогресс без которых немыслим.
Бурное развитие и возникновение новых научных направлений квантовой и оптической электроники требует уточнения определения самой науки. В настоящее время представляется, что квантовая и оптическая электроника - наука об использовании квантовых процессов и оптического излучения для преобразования энергии, создания, обнаружения, передачи, приёма, обработки, хранения и отображения информации современными техническими средствами. Такое определение, по мнению авторов, достаточно кратко и полно раскрывает суть науки и охватывает сферу её применения на современном этапе развития.
