Как это было. Газоразрядные лазеры.

1. Первые шаги и первые открытия.

1.1. Декабрь 1959 г.

Постановление правительства. В Рязани на пустом месте (недостроенное здание Рязанского техникума электронных приборов, якобы захваченное учеными и отмеченное в фельетоне А. Солженицына) открывается новый научно-исследовательский институт Газоразрядных приборов (первое название п/я № 6). Директором назначается директор Рязанского электровакуумного завода, бывший директор завода «Светлана» в г. Ленинграде Киселев Владимир Владимирович, а главным инженером – бывший начальник одного из отделов НИИ «Исток» (г. Фрязино) Кашников Николай Георгиевич, который на тот момент не был даже и кандидатом наук. (Кандидатскую диссертацию Кашников Н.Г. защитил уже осенью 1960 г.).

Конец 1960 г.

Въехали в пустой корпус достроенного уже здания небольшого техникума и начали его быстро осваивать. В НИИ было всего менее 100 человек.

1.2. Лето 1961 г.

Министерство электронной промышленности СССР предлагает институту провести НИР на тему «Исследование возможностей создания источников инфракрасного когерентного излучения».

1.3. Январь 1962 г.

К выполнению (НИР «Инесса»), после проведения предварительного анализа литературы, публикации о получении А. Джаваном и В. Беннетом непрерывного инфракрасного излучения на газовом разряде в смеси гелия с неоном и доклада на НТС, приступило 4 человека: начальник физического отдела ктн Остапченко Е.П., ведущий инженер, выпускник МФТИ Гордеев Д.В., инженер, выпускник физфака Ленинградского государственного университета Степанов В.А. и техник Орлова И.А. Группа к концу 1962 г. превысила уже 20 человек за счет выпускников Ленинградского политехнического института Соловьевой Г.И., Рязанского радиотехнического института (РРТИ) Мирецкого Б.П., Соболевой Л.И., Киселевой Л.И., Демидова М.Н., Сорокиной А.Г., Московского института стали и сплавов Арнаутовой Р.А., Саратовского государственного университета ктн Москаленко В.Ф., Кальвиной И.Н., Рязанского филиала Московского политехнического института Медведева В.А. и дипломников Петрозаводского государственного университета Кюна В.В., Гурьева Т.Т., Цуканова Ю.М. и РРТИ Бельского Д.П., Орешака О.Н., Алякишева С.А., Павловой Н.Н.

Четкое распределение функций и обязанностей каждого и беззаветное стремление разобраться и выполнить непонятное для нас дело – обеспечило успех. Мы, не жалея сил и времени, делали все, чтобы создать новый загадочный прибор. Но при этом думали и над тем, как мы будем измерять его характеристики излучения, когда он заработает. Мы посетили для этого институт «Мер и измерительных приборов» им. Д.Менделеева в г. Ленинграде. Как показали дальнейшие события – это нам очень пригодилось.

Благодаря помощи и вниманию со стороны дирекции института нам удается быстро изготовить первый макет будущего лазера. Самые большие трудности ожидали нас с организацией производства первых очень точных плоско-параллельных кварцевых зеркал с диэлектрическими покрытиями для этого лазера на Казанском оптико-механическом заводе (п. Дербышки).

Сказать, что это были просто трудности – ничего не сказать. В 1961 в СССР зеркала с отмеченными в лазере Беннета требованиями производились серийно только на единственном заводе, в ЛОМО в Ленинграде при изготовлении интерферометров Фабри-Перо ИТ-28. Наши попытки как-то заказать эти зеркала в ЛОМО окончились безуспешно. Плановое хозяйство СССР давало себя знать.

На Казанском оптико-механическом заводе я встретил своих сокурсников по Самаркандскому государственному университету, в котором проучился первые три курса, и которые оказались после окончания университета работниками этого завода и ГИПО (филиал ГОИ), находящихся в одном поселке (п. Дербышки). После сложных переговоров с руководством завода и цеха получил ответ: «Зеркала попробуем сделать, если вы поставите нам кварцевое стекло в нужном количестве и соответствующего качества».

Снова г. Ленинград: Ленинградский завод фарфора и цветного стекла им. М.В. Ломоносова, ГНИИ кварцевого стекла – это было на одной территории. Переговоры и пребывание на заводе заканчивается через несколько дней тем, что мне в чемодане под залог удается взять с завода 50-60 кг кварцевых блоков, предназначенных для самолетов ТУ. Это кварцевое стекло, через г. Рязань примерно через 15 дней с момента разговора с главным инженером КОМЗа, к огромному их удивлению, оказывается на заводе. И завод, не имея никакой документации и технологии на подобные зеркала, сверх плана, за счет энтузиазма и помощи работников (прежде всего Юнга Ю.В.) приступил к изготовлению: сначала полировке (точность 0,02), а затем напылению диэлектрических отражающих покрытий с максимально возможным коэффициентом отражения.

Через несколько месяцев, когда потребовалось изготавливать кварцевые окна для активного элемента и зеркала на другую длину волны, других размеров и с другими характеристиками процедура переговоров на заводе повторилась, но уже, конечно, в облегченном варианте. Они же приняли на обучение Дубовскую А.П. и передали нам технологию и оборудование для изготовления собственных диэлектрических отражающих покрытий. Без Казанского оптико-механического завода получение генерации и создание первых газовых лазеров серьезно сдвинулось бы во времени.

Макет первого нашего лазера напоминал лазер Беннета и был лазером с внутренними плоско-параллельными зеркалами диаметром 60 мм, как у интерферометра Фабри–Перо ИТ–28, которые крепились в резонаторе на юстировочной головке с помощью мощных (толщиной 10, шириной 100 и длиной около 1000 мм) стальных пластин. Трубка из стекла С 52–1 крепилась с зеркалами через стальные сильфоны. Возбуждение разряда в трубке обеспечивалось от созданного нами ВЧ генератора на частоте 6 МГц.

Уже после первых испытаний мы поняли всю нелепость созданного тяжелого и технологически неоправданного «шедевра». Мы также поняли, что прибор должен быть:
- более легким за счет изменения системы крепления зеркал резонатора, и перешли по предложению Арнаутовой Р.А. на четырехстержневую конструкцию;
– более технологичным за счет перехода на взаимозаменяемые активные элементы, и перешли на трубки с окнами, установленными под углом Брюстера к ее оси;
– более простым в юстировке зеркал резонатора, и перешли от системы плоско-параллельных зеркал к оптической схеме резонатора с использованием сферических зеркал.

1.4. Помощь Министерства.

Желание всячески помочь разработчикам в создании новых приборов было и у руководства МЭП СССР.

Август–сентябрь 1962 г. Остапченко Е.П. вызывают в МЭП на совещание по данной проблеме с привлечением на него всех заинтересованных в стране организаций, включая академию наук (ФИАН).

Возвращается он из Москвы победителем, в руках которого – первый американский гелий-неоновый с ВЧ возбуждением газовый лазер фирмы «Percin Elmer». Наша организация назначается базой для обследования этого американского лазера, который, к огромному сожалению всей созданной министерством комиссии так и не заработал. Хотя активный элемент лазера так и не поджегся из-за сильного натекания в него посторонних газов из атмосферы, данное событие для нашего предприятия было первым успешным шагом на пути признания через несколько лет, головной роли в МЭП СССР по разработке газовых лазеров. Но это нужно было еще заслужить.

1.5. Конец 1962 г. – начало 1963 г.

Полученная нами генерация на длине волны 1,15 мкм с отпаянными активными элементами, возбуждаемыми от переносного ВЧ генератора (у фирмы «Percin Elmer» ВЧ генератор был выполнен в едином корпусе с резонатором) повторила судьбу американского аналога. Изготавливались активные элементы из трубчатого стекла С52–1 диаметром 14-15 мм и длиной около 0,8 м. Герметизация кварцевых окон, установленных под углом Брюстера с трубкой, осуществлялась с помощью клея К-400. Создаваемые нами активные элементы натекали и меняли свой цвет после зажигания в них разряда уже через 2-3 часа. Это вызывало много различных шуток и предположений, пока нам не удалось найти устойчивый режим их эксплуатации за счет более длительной тренировки ВЧ разрядом на откачном посту и более быстрой доставки активных элементов из цеха в лабораторию.

Для измерения мощности излучения лазеров нами был разработан измеритель мощности на основе абсолютно-черного тела, показания и значения которого калибровались с помощью излучения «Банд-лампы» по традиционной методике. Данный измеритель мощности являлся для нас из-за большой его инерционности эталонным. Рабочий измеритель мощности лазерного излучения для работы в лабораториях, цехах и на трассе нами изготавливался на основе фотодиода, который калибровался с помощью эталонного измерителя. В 1965 г. разработанный нами измеритель мощности излучения лазеров был откалиброван с помощью эталонного измерителя, созданного в ВНИОФИ (г. Москва).

После получения из Казанского оптико-механического завода кварцевых зеркал с отражающими диэлектрическими покрытиями на видимую область спектра нами была получена генерация на смеси гелия с неоном и с излучением на длине волны 6328 Е.

Оптимизация мощности излучения гелий-неонового лазера с излучением на длинах волн 1,15 и 0,6328 мкм в зависимости от давления газа и соотношения компонент гелия и неона проведена нами на лазере, активный элемент которого совмещался с откачным постом.

1.6. 1963 г.

Численность инженерно-технических кадров непосредственно занимающихся разработкой гелий-неоновых лазеров и другими исследованиями по применению и новым активным средам увеличилась в несколько раз за счет специалистов, окончивших РРТИ и другие вузы (Перебякин В.А., Сергиевская Т.А., Киселев Б.В., Яковлев Ю.М., Доронин В.Г., Базилев А.П., Дятлов М.К., Куликов Ю.Н., Катаев М.И. и др.), переехавших из других городов (Дубовская А.П., Седов Г.С., Горелик А.В., Киселева Г.Г. и др.) и перешедших с других научных направлений отдела, института и других предприятий Рязани (Шевченко Ю.Н., Дубцов Ю.А., Салауров М.П., Шекланов Н.А., Кузнецов Н.И., Федотов А.А., Янчук П.Г. и др.) Также увеличилась во много раз численность специалистов, работающих в других подразделениях института, например, в технологическом отделе (Назаров И.Д., Кашигина Е.Г., Авдонькин В.В., Овечкина В.И., Гусева Г.А., Рябинин В.С. и др.), но оказывающих содействие в развитии лазерного направления.

Полученные в ходе НИР «Инесса» результаты позволили с весны по осень 1963 года: – провести ОКР «Инесса–2» (Остапченко Е.П.) с разработкой первого промышленного гелий-неонового лазера ЛГ-24 с излучением на длине волны 1,15 мкм, с ВЧ возбуждением газового разряда и долговечностью около 500 час. Для возбуждения ВЧ разряда в гелий-неоновом лазере ЛГ-24 разработаны генераторы высокой частоты ГВЧ-1 и ГВЧ-2 (Демидов М.Н.). Повысить долговечность активных элементов до 500 часов нам удалось за счет размещения в дополнительных отраслях разрядного канала нераспыляемых газопоглотителей (Назаров И.Д., Горелик А.В.), обрабатываемых на стадии откачки, наполнения и тренировки трубок с помощью мощных (до 25 кВт) ВЧ генераторов широко используемых в электровакуумном производстве при нагреве металлических деталей в вакууме;
– провести ОКР с разработкой гелий-неонового лазера ЛГ–24–1 с излучением на длине волны 0,6328 мкм, с ВЧ возбуждением и долговечностью 500 час.
– провести ОКР «Петух» (Горелик А.В.» с разработкой промышленного гелий-неонового лазера ЛГ – 24М, работающего в широких механо-климатических условиях с излучением на длине волны 1,15 мкм, долговечностью 500 часов и с активным элементом, возбуждение которого осуществляется тлеющим разрядом, и лазера ЛГ–24М–1 с излучением на длине волны 0,6328 мкм, долговечностью 500 часов и с активным элементом, возбуждение разряда в котором осуществляется постоянным током. Формирование тлеющего разряда в смеси гелия с неоном обеспечивалось за счет использования оксидных собственного производства катодов для других газоразрядных приборов «Автобус» (Овечкина В.И.). Для возбуждения тлеющего разряда в гелий-неоновом ЛГ–24М лазере разработаны источники постоянного тока СБП–1 и СБП–2 (Демидов М.Н.);
– запустить технологическое и спектральное оборудование по производству и контролю параметров собственных зеркал с диэлектрическими покрытиями.
– начать НИР (Москаленко В.Ф.) и получить первые результаты по созданию импульсных газоразрядных лазеров на инертных газах. Созданы импульсные источники питания для возбуждения импульсного разряда и исследованы спектральные и энергетические характеристики разряда в гелии и неоне.
– начать НИР «Помпа» (Степанов Вл.А.) по исследованию новых активных сред и способов их возбуждения. Были отработаны методики измерения заселенности энергетических уровней при возбуждении инертных газов и паров ртути.
– на опытном заводе освоить производство первых промышленных гелий-неоновых лазеров ЛГ–24 и ЛГ–24М.