Сибирское отделение Российской Академии Наук

Вениамин Павлович Чеботаев -- выдающийся физик, лауреат Ленинской премии, премии Ч.Таунса Американского Оптического общества и премии Гумбольдта, первый директор Института лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук. Вениамину Павловичу Чеботаеву было всего 54 года, когда внезапная смерть 2 сентября 1992 г. оборвала жизнь этого замечательного человека.

В.Чеботаев родился 27 августа 1938 года в Куйбышеве на Волге (теперь -- г.Самара). В 1960 году окончил Новосибирский электротехнический институт. Начало его научной деятельности и становление как ученого связаны с Институтом радиофизики и электроники Сибирского отделения АН СССР, где он выполнил дипломную работу, а затем был зачислен в штат младшим научным сотрудником. Первой научной публикацией в журнале была его студенческая работа "Вопросы теории генератора с тормозящим полем". Большое влияние на формирование научного мировоззрения молодого ученого оказал директор института Юрий Борисович Румер -- известный физик-теоретик. Уже в первых самостоятельных работах Вениамина Павловича проявились его талант физика-экспериментатора, исключительная целеустремленность при решении труднейших задач квантовой электроники. При его непосредственном участии уже в 1962 году был запущен первый в Сибири лазер. В 60-х годах лазерная физика только зарождалась, привлекая внимание молодежи, чему в новосибирском Академгородке способствовала творческая атмосфера тех лет. Активная, творческая натура Вениамина Павловича, его неуемная энергия определили успех в развитии новой лазерной науки в Сибири.

После реорганизации Института радиофизики и электроники во второй половине 60-х годов, вновь созданный Отдел лазерной физики, руководимый В.Чеботаевым, был переведен в Институт физики полупроводников, а в 1978 году -- в Институт теплофизики. В 1991 году был создан Институт лазерной физики СО РАН, первым директором которого стал академик Вениамин Павлович Чеботаев. С момента зарождения и все последующие годы исследования этого коллектива были направлены на решение новых задач лазерной физики и квантовой электроники.

Наиболее ярким результатом научной деятельности В.Чеботаева является его определяющий вклад в создание нового направления спектроскопии -- нелинейной лазерной спектроскопии сверхвысокого разрешения.

Получение узких и стабильных по частоте резонансных линий в спектрах поглощения или излучения вещества в различных диапазонах электромагнитного излучения -- важная проблема физики. Каждое открытие в этом направлении значительно увеличивает точность физического эксперимента и приводит к многочисленным применениям в самых различных областях науки и техники. Здесь можно привести два классических примера. В 40-50-е годы была развита техника получения узких резонансов в радиодиапазоне, которые легли в основу квантовых стандартов частоты и принятой сейчас во всем мире атомной школы времени. Чрезвычайно узкие резонансы в гамма-диапазоне, которые были открыты Мессбауэром, обеспечивают сейчас наивысшую относительную точность физического эксперимента, порядка 10^-15.

В промежуточной, оптической области спектра до недавнего времени относительная ширина резонансов из-за уширения их за счет эффекта Доплера была обычно не меньше 10^-6. Благодаря фундаментальным исследованиям в области резонансного нелинейного взаимодействия лазерного излучения с газом атомов, выполненным В.Чеботаевым, были получены очень узкие оптические резонансы, в которых доплеровское уширение было полностью устранено.

Прогресс в получении узких оптических резонансов был достигнут благодаря методу насыщенного поглощения, предложенного В.Чеботаевым. Метод основан на селективном воздействии когерентного оптического излучения на атомы или молекулы в резонансно поглощающих газах низкого давления. С помощью этого метода в Отделе лазерной физики Института теплофизики СО РАН были получены резонансы с относительной шириной 10^-10--10^-11, что позволило на 4-5 порядков увеличить разрешающую способность спектроскопии и в оптическом диапазоне наблюдать и исследовать целый ряд фундаментальных физических явлений, таких как нелинейное уширение и сдвиг спектральных линий, квадратичный эффект Доплера, эффект отдачи и другие.

Принципиально новым направлением спектроскопии без доплеровского уширения является метод двухфотонного поглощения в поле стоячей волны, предложенный В.Чеботаевым и сотрудниками. Главная особенность метода -- исключение доплеровского сдвига при поглощении встречных фотонов без эффекта отдачи. Эксперименты, выполненные в разных странах, показали высокую эффективность этого метода. Одно из интересных его научных приложений -- измерение частот запрещенных переходов атома водорода, а вместе с этим и измерение постоянной Ридберга с высокой точностью. Наиболее выдающиеся результаты в этом направлении были получены профессором Хэншем в Институте Макса Планка (Германия). Точность, с которой измерена постоянная Ридберга в этом эксперименте -- наивысшая для всех фундаментальных констант физики. Хочется отметить, что в состав этого уникального измерительного комплекса входил стабильный лазер, созданный в Институте лазерной физики СО РАН.

Большие перспективы для спектроскопии имеет метод разнесенных оптических полей, разработанный В.Чеботаевым с сотрудниками (1974-77 гг.). Возможность получения нового типа резонансов связана с принципиально новым эффектом в оптике -- переносом когерентности атомных состояний на большое расстояние. Оптические резонансы, возникающие в таких системах, имеют ширины порядка обратного времени пролета между световыми полями. Таким образом, открывается перспектива получения резонансов с ширинами 10-100 герц. Это позволит увеличить разрешающую способность измерений в оптическом диапазоне до 0.1 герц. Этот метод сегодня широко используется во многих ведущих лабораториях мира.

Открытие методов получения узких резонансов в оптическом диапазоне явилось основой для получения узких и стабильных по частоте атомных молекулярных реперов, к которым можно привязывать частоту лазера. Большой прогресс был достигнут в области стабилизации частоты -- за период 1967--1972 гг. стабильность излучения газовых лазеров возросла в миллионы раз. Были созданы самые монохроматичные источники когерентного электромагнитного излучения в мире, с шириной линии порядка 0.05 герц, которые обладают наилучшей в мире стабильностью и воспроизводимостью частоты. Это ставит их в один ряд с лучшими стандартами частоты в микроволновом диапазоне (мазерами), кратковременная же стабильность частоты лучших лазеров значительно выше, чем у мазеров.

Восьмидесятые годы ознаменовались новым успехом -- созданием оптической шкалы времени. Единица времени -- секунда -- синхронизовалась с периодом оптических колебаний стабильного лазера путем деления частоты лазера без потери в точности. В то время были созданы первые в мире оптические часы, в которых период оптических колебаний высокостабильного лазера использовался как шкала времени.

В.Чеботаев предложил много оригинальных идей в квантовой электронике. Большинство из них реализовано под его руководством и получило всестороннее теоретическое и экспериментальное исследование. Выполнен большой цикл работ по теории резонансного взаимодействия оптических полей с газом. Выяснена роль эффектов населенности уровней и когерентных эффектов в сильных полях лазерного излучения. Получены интересные результаты в области атомных столкновений: измерены сечения упругого рассеяния в газе низкого давления методами лазерной спектроскопии. Экспериментально продемонстрировано когерентное излучение в разнесенных оптических полях, что закладывает основы нового направления физики -- атомнооптической интерферометрии.

Поражает широта научных интересов В.Чеботаева -- от проблем обнаружения гравитационных волн до использования лазеров в медицине. Под его руководством разработаны оптические методы регистрации малых смещений с использованием высокостабильных лазеров, что явилось основой для разработки оптических датчиков для детектирования гравитационных волн. Им предсказано образование кристаллических структур ионов при охлаждении ионов в ловушке. Высказаны соображения о возможности создания гамма-лазера с использованием ВКР на ядерных переходах. Таков далеко не полный перечень работ, выполненных В.Чеботаевым с сотрудниками.

В последние годы жизни В.Чеботаев работал над проблемами нелинейной спектроскопии фемтосекундных импульсов, -- их решение открывает новые возможности физических и прикладных исследований в области сверхбыстрых процессов. Он предложил новый тип лазеров, названный им стабилитроном, с уровнем шумов ниже квантового, в котором используются бистабильные свойства резонансного нелинейного поглотителя.

Вениамин Павлович вел большую научно-организационную работу. Он был членом оргкомитетов всех Всесоюзных конференций по нелинейной и когерентной оптике, Вавиловских конференций, многих международных конференций. Он являлся членом Научных советов РАН по проблемам "Когерентная и нелинейная оптика", "Спектроскопия атомов и молекул", Комиссии по квантовой электронике Международного союза теоретической и прикладной физики, входил в состав редколлегий журналов "Applied Physics", "Metrologia", "Квантовая электроника".

Академик В.Чеботаев создал известную в мире школу в области спектроскопии сверхвысокого разрешения и квантовой метрологии; среди его учеников много докторов и кандидатов наук. В памяти многих остались яркие выступления и дискуссии В.Чеботаева на научных конференциях и семинарах. Он автор широко известных книг: "Принципы нелинейной лазерной спектроскопии" (1975), "Nonlinear Laser Spectroscopy" (1977), "Нелинейная лазерная спектроскопия" (1990), "Superhigh Resolution Laser Spectroscopy" (in Laser Handbook, 1985), "Нелинейная лазерная спектроскопия сверхвысокого разрешения" (1990).

Вениамин Павлович обладал замечательным даром генерировать идеи, щедро делился ими. Он умел убеждать людей, заражал их своей энергией и уверенностью в успехе. Многие его идеи продолжают развиваться и сейчас в Институте лазерной физики. В наше трудное время институт не только выживает, но и продолжает выполнять научные исследования на мировом уровне.

В институте ведутся научные исследования в следующих основных областях: лазерная спектроскопия сверхвысокого разрешения и ее фундаментальные применения, лазерные стандарты частоты, твердотельные и полупроводниковые лазерные системы и материалы квантовой электроники, генерация фемтосекундных импульсов, энергетика мощных лазеров для научных исследований и технологий, лазеры в медицине и биологии. За последние три года сотрудниками института было сделано свыше 80 приглашенных докладов на международных конференциях. В 1995 и 1997 годах в новосибирском Академгородке проводилась международная конференция "Современные проблемы лазерной физики", основным организатором которой был Институт лазерной физики. Эта конференция, ставшая традиционной, пользуется высоким научным авторитетом среди российских и зарубежных ученых.

Институт имеет прочные научные контакты с научными учреждениями Российской академии наук, вузами, отраслевыми институтами, а также зарубежными научными организациями: Институтом квантовой оптики Макса Планка (Германия), Гейдельбергским университетом (Германия), Физико-техническим институтом (Брауншвейг, Германия), Национальным институтом стандартов (Болдер, США), Стендфордским и Калифорнийским университетами (США), Оксфордским университетом и Резерфордовской лабораторией (Англия), Северо-Парижским университетом (Франция), Институтом лазерных наук (Япония), Национальным институтом метрологии (КНР) и другими.

Ведутся исследования по многим международным программам. Например, в программе по прецизионной спектроскопии атома водорода при прямом участии нашего института удалось определить постоянную Ридберга с наивысшей на сегодняшний день точностью; в программе по измерению абсолютной частоты запрещенного перехода экзотического атома мюония с участием Гейдельбергского университета (Германия), Резерфордовской лаборатории, Оксфордского университета (Англия) проведены первые совместные эксперименты, позволившие измерить частоту этого перехода с точностью 10^-9--10^-10.

Научное наследие, которое оставил академик Вениамин Павлович Чеботаев, ярко высвечивается на шкале времени не только развитием научных идей, результатами в цифрах и фактах, но и благодарной памятью людей о выдающемся физике.

С.Багаев, академик,
директор Института лазерной физики СО РАН,

Е.Бакланов, доктор физико-математических наук,
главный научный сотрудник ИЛФ.

Опубликовано в газете "Наука в Сибири", N 31-32, 1998г.

www@www-sbras.nsc.ru