В своей непосредственной работе мы пытались создать источники излучения, непрерывно перекрывающие широкий диапазон сантиметровых волн. Именно с этой целью мы изучали синхротронное излучение. Это нужно было для исследования атмосферы, различных веществ, их поведения в сантиметровом диапазоне длин волн. Духа военного времени в лаборатории не чувствовалось. Я немного моложе Александра Михайловича. Во время войны он тоже был в армии, но и он не занимался в войну радиотехникой. Поэтому мы не были исследователями радаров, и в этом смысле у нас и у американских учёных несколько разные подходы к развитию квантовой электроники. (Н. Г. Басов)

С первых дней работы в ФИАНе Басов показал себя блестящим экспериментатором, написав смелые и глубокие научные работы, связанные с исследованием ядерных моментов радиоспектроскопическими методами. Это позволило ему успешно защитить кандидатскую диссертацию по теме «Определение ядерных моментов радиоспектроскопическим методом». (А. Боровик)

В1952 году состоялось выступление Николая Геннадиевича Басова на заседании Президиума Академии наук, в котором он (от своего имени и от имени A. M. Прохорова) изложил результаты теоретического анализа нового принципа генерации и усиления электромагнитных волн, основанного на индуцированном испускании электромагнитных квантов возбуждёнными квантовыми системами. Впоследствии разработанные на основе этого принципа приборы получили название мазеров и лазеров. Вряд ли тогда слушатели до конца осознавали, что изложенные Н. Г. Басовым результаты являются основой одного из самых выдающихся открытий в физике XX столетия.

Результаты, представленные на этом заседании, вошли в знаменитую статью Н. Г. Басова и A. M. Прохорова, опубликованную на страницах «Журнала экспериментальной и теоретической физики» в 1954 году. (А. Н. Ораевский)

Теория нелинейных колебаний очень активно изучалась в лаборатории колебаний. Предшественниками этого были академики Л. И. Мандельштам, Н. Д. Папалекси, ныне член корреспондент АН СССР С. М. Рытов и многие сотрудники лаборатории, работавшие в этом направлении. На конференции по радиоспектроскопии мы докладывали о возможности самовозбуждения применительно к молекуле Сs F. В дискуссии со многими коллегами, а затем во время доклада в зале возник вопрос: а почему не аммиак? (Аммиак – классическое вещество радиоспектроскопии.) Мы отвечали, что можно использовать и аммиак, для этого нужны лишь немного другие условия, чем для Сs F: у нас был цилиндрический конденсатор, а нужно было переходить к другим сортирующим системам.

Такова была предшествующая обстановка. Мы написали с А. М. Прохоровым статью в ЖЭТФ – это было начало 1953 году, – и она уже должна была выйти, когда мы обнаружили, что в численных коэффициентах условий самовозбуждения было пропущено 2π в какой‑то степени. Это вынудило нас забрать на доработку статью, отправленную в ЖЭТФ.

Мы её опубликовали только через год, послав в редакцию во второй раз. Теперь она датирована 1954 годом, а поступила в редакцию в декабре 1953 года (Н. Г. Басов, А. М. Прохоров. Применение молекулярных пучков для радиоспектроскопического изучения вращательных спектров молекул. ЖЭТФ, 1954, т. 27, № 4).

До публикации этой статьи была очень интересная дискуссия по поводу ещё одного вопроса. Мазеры ещё не работали, но мы поставили вопрос о том, будет ли излучение молекул в резонаторе за счёт собственного поля когерентно. Мы его тщательно обсуждали со многими коллегами в ФИАНе, в том числе с сотрудниками теоретического отдела. Так, с В. Я. Файнбергом, ныне профессором, мы провели в обсуждении много часов. Я также обсуждал этот вопрос с академиком Л. Д. Ландау. Оказалось, что вопрос нетривиален. Мы считали, что излучение будет совершенно монохроматическим, ширина излучаемой полосы будет стремиться к нулю при выполнении условия самовозбуждения. Этот вопрос для нас был совершенно ясен, для доказательства у нас были наши представления о физических процессах. Однако с кем бы мы ни обсуждали этот вопрос, все давали на него отрицательный ответ: ширина полосы излучения будет такая же, как ширина спектральной линии.

Работа о самовозбуждении резонатора пучком молекул многократно обсуждалась на разных семинарах: в Университете, в ФИАНе, в других местах. Эту работу можно назвать первой публикацией по квантовой электронике. Кроме того, у нас появилось желание, да и обстановка была готова для того, чтобы рассматривать явления, которые происходят при молекулярной генерации. Потребовалось некоторое время, чтобы создать теорию дисперсии для молекулярных пучков с учётом эффекта насыщения и на её основе написать уравнения для молекулярного генератора. Появилась соответствующая работа – «Теория молекулярного генератора и молекулярного усилителя мощности», которая была выполнена также совместно с А. М. Прохоровым. Эта вторая советская работа по квантовой электронике была доложена на конференции Фарадеевского общества в Англии. Я думаю, эти две работы и послужили основанием для последующего развития работ по квантовой электронике. А в целом огромную роль в быстром развитии квантовой электроники сыграла высокая научная культура, свойственная Лаборатории колебаний Физического института им. П. Н. Лебедева. В лаборатории и в Институте можно было получить консультацию, аппаратурную помощь, выслушать критические замечания по любым вопросам. Более подходящего места для проведения такой работы, мне кажется, в Советском Союзе не было.

В этом смысле нам очень повезло, и вся атмосфера очень строгого подхода ко всем вопросам, связанным с решением научных проблем, с одной стороны, не отпускала нашу фантазию очень далеко, а с другой стороны, превращала фантазию в уравнения, которые были решены, и в экспериментальные установки, которые в скором времени подтвердили теоретические предсказания.

Я сказал бы, что всё это – особо благоприятная атмосфера научного творчества, которую создал в Институте академик С. И. Вавилов и которую очень активно поддерживал и развивал академик Д. В. Скобельцын, преемник С. И. Вавилова на посту директора Института. (Н. Г. Басов)

Теперь, когда я читаю или слышу, что для достижения научного успеха нужны специальные условия, я вспоминаю, что кандидатская диссертация и докторская были написаны Николаем, можно сказать, на краешке стола. Конечно, время шагнуло далеко вперёд, и теперь успех очень часто зависит от оборудования, а тогда считалось, что хороший экспериментатор (по определению академика А. Ф. Иоффе) должен суметь сделать прибор даже из гвоздя и бечёвки. (К. Т. Басова)

Докторская диссертация Николая Геннадиевича называлась «Молекулярный генератор», т. е. мазер. Это был 1956 год – прошло шесть лет после окончания института.

Жизнь была напряжённой, насыщенной трудом и озарениями. Романтика, которая тогда окрыляла науку, и меня – после рождения первого сына Геннадия – привела в аспирантуру

Тема моей диссертации была связана с полупроводниковыми соединениями, и Николаю Геннадиевичу невольно пришлось заинтересоваться полупроводниками. Многие говорили тогда, что, если я и сделаю диссертацию сама, всё равно никто не поверит. Однако в свою защиту я должна сказать, что моя работа была экспериментальной и проходила в стенах Курчатовского института. После защиты вся моя так называемая научная деятельность кончилась, так как родился второй сын Дмитрий, и мне уже было не до науки, хотя я и оставалась преподавателем в МИФИ. (К. Т. Басова)

Н. Г. Басов с сотрудниками создали совершенные в техническом отношении молекулярные генераторы электромагнитных волн (мазеры), экспериментально подтвердили зависимость частоты колебаний от интенсивности молекулярного пучка и других факторов. В качестве рабочего вещества использовались молекулы газа аммиака. Были разработаны методы настройки частоты генератора, и на линии аммиака впервые достигнута стабильность частоты излучения с точностью до одиннадцатого знака.

Экспериментальные исследования были обобщены в работах 1955–1956 годов, итоги начального этапа развития нового метода генерации и усиления электромагнитного излучения подведены в докторской диссертации Н. Г. Басова «Молекулярный генератор» в 1956 году. (Е. А. Авдюшева, Р. А. Милованова)

Я не припомню более драматичной защиты докторской диссертации, чем была защита диссертации Н.Г.Басовым. Сейчас кажется непонятным, что работа, которая впоследствии была удостоена Ленинской и Нобелевской премий, вызвала такую неоднозначную, хотя в конечном счёте и положительную оценку. Невольно ещё раз вспомнишь старую истину: новое и великое рождаются в муках. (А. Н. Ораевский)

После защиты докторской диссертации у Николая Геннадиевича появились ученики и последователи, которые занимались разработкой теории молекулярных генераторов и экспериментальными исследованиями.

В 1958 году Басов был назначен заместителем директора института по научной части.

В 1959 году под его руководством в ФИАНе был организован сектор молекулярных генераторов.

В работе Н. Г. Басова с сотрудниками в 1958 году и докладе на Международной конференции по квантовой электронике (США, 1959г.) было предложено создать инверсную населённость в полупроводниках путём лавинного размножения носителей тока в импульсном электрическом поле. Это предложение, наряду с предложениями учёных США об использовании кристаллов рубина (Ч. Таунс, А. Шавлов) и газовых смесей (А. Джаван, В. Беннет), ознаменовало начало освоения квантовой электроникой оптического диапазона частот.

Именно с полупроводниковых лазеров Н. Г. Басов начал свои работы в области источников когерентного излучения оптического диапазона. Выполненная (совместно с О. Н. Крохиным и Ю. М. Поповым) в начале 1961 года работа «Получение состояний с отрицательной температурой в p-n-переходах вырожденных полупроводников» положила начало созданию и развитию так называемых инжекционных лазеров, нашедших в настоящее время, пожалуй, самое широкое применение. Эта работа фактически предвосхитила основные пути, по которым стали развиваться лазеры этого типа. В ней указывалось на волноводный характер активной области в таком лазере и предсказывалось снижение пороговой плотности тока в инжекционном лазере, когда полупроводники, образующие p-n-переход, имеют различную ширину запрещённой зоны (гетеропереходы).

В 1961 году Николай Геннадиевич Басов предложил, а в 1963 году совместно со своими сотрудниками (О.Н. Богданкевич и др.) создал лазер, в основе которого лежит возбуждение полупроводника электронным потоком. В настоящее время этот лазер используется для создания телевизионной трубки в лазерном проекционном телевизоре. Такой телевизор позволяет проецировать изображение на большой киноэкран.

В 1964 году группой исследователей (А. З. Грасюк, И. Г. Зубарев, В. А. Катулин) под руководством Н. Г. Басова была впервые получена генерация за счёт межзонной рекомбинации носителей тока в полупроводниках при их одно квантовом и двух квантовом возбуждении излучением другого лазера. Эта работа показала возможность как эффективного когерентного суммирования излучения отдельных лазеров, так и преобразования излучения лазера накачки в более коротковолновое излучение. (А. Н. Ораевский)

Авторы изобретения лазерного телевизора – Н. Г. Басов, О. В. Богданкевич, и А. С. Насибов полагают, что на основе лазеров этого типа возможно создать принципиально новую систему телевидения и кино. Лазерный кинескоп пригодится также в вычислительной технике и системах управления

В 1961 году, т. е. фактически сразу после создания лазера, Николая Геннадиевича попросили сделать доклад на заседании Президиума Академии наук о лазерах и о перспективах этого направления. И, выступая, он сказал, что информационная ёмкость канала связи на оптическом диапазоне – т. е. на лазерном излучении – в скором времени будет настолько гигантской, что можно будет весь мир охватить такой информационной сетью и все 6 миллиардов населения планеты смогут связаться друг с другом по телефону или другим способом. И это было сказано 50 лет назад! Честно говоря, мы тогда ещё не представляли себе, как можно создать такое чудо – передавать сигналы, т. е. информацию по лазерному лучу. Ну, пытались мы предположить – ещё в космосе, допустим, можно видеть друг друга и передавать сигналы. А как это осуществлять в условиях Земли? Это была фантастика!

Однако предвидение сбылось. Действительно, позже возникла возможность создавать тонкие стеклянные волокна, размером примерно сто микрон в диаметре, включая оболочку, которые практически не поглощают лазерного излучения, т. е. сигнал можно передавать на большие расстояния – сейчас мы называем это «оптоволоконными линиями связи». Это телевидение, это интернет: пожалуйста, любую библиотеку, печатную или видеопродукцию, любые художественные произведения – передавайте в другую точку планеты. Думаю, даже одного этого достижения – создания всемирной паутины Интернет – уже достаточно, чтобы оценить значение лазера для человечества. (Ю. М. Попов)