22 martie 1960
este eliberat primul patent pentru LASER
O rază de lumină
Dacă suntem la volan, ne dorim, poate ca laserul să nu se fi inventat, având în vedere că radarele poliției îl utilizează pentru a măsura viteza. Dacă suntem pe masa de operație, s-ar putea să avem o viziune diferită asupra utilității sale, pentru că tot laserul stă la baza unor proceduri medicale de înaltă precizie care păreau altădată de domeniul fantasticului. În ambele situații, avem o listă întreagă de „vinovați”. În 1957, Charles Hard Townes și Arthur Leonard Schawlow, angajați ai Laboratoarelor Bell, au început să studieze serios razele infraroșii. Pe măsură ce avansau cu cercetările, au decis să abandoneze această pistă și să se concentreze asupra luminii vizibile. În 1958, Laboratoarele Bell depuneau solicitarea de a primi brevetul pentru invenția celor doi, numită maser, iar rezultatele muncii lor erau publicate în revista Physical Review. La 22 martie 1960, primul patent oficial pentru invenția care avea să devină laser este acordat celor de la Bell. Însă povestea razei miraculoase de lumină nu începe și nu se termină aici.
De la maser la laser
Arborele genealogic al laserului este foarte stufos și include nume celebre. Nașterea sa a funcționat prin acumulare de idei aparținând unor minți strălucite, de aceea, nimeni nu își poate revendica paternitatea absolută a invenției.
In 1917, Albert Einstein punea bazele teoretice pentru ceea ce avea să devină ulterior maser și apoi laser, în lucrarea „Teoria cuantică a radiației”. El reformula legea lui Max Planck referitoare la radiație, bazându-se pe coeficienții de probabilitate pentru absorbție, emisie spontană și emisie stimulată ai radiației electromagnetice. În 1928, Rudolf W. Ladenburg confirma existența fenomenelor de emisie stimulată și absorbție negativă. În 1939, Valentin A. Fabrikant a prezis utilizarea emisiei stimulate pentru amplificarea undelor „scurte”, iar în 1950, Alfred Kastler (Premiul Nobel pentru fizică în 1966) a propus metoda pompării optice, care a fost ulterior, confirmată experimental.
Einstein, geniul care a dovedit că totul e relativAlbert Einstein a întors lumea fizicii pe dos cu viteza luminii, dovedind, prin teoria relativității, că energia și imaginația pot schimba limitele Universului
Conceptul pentru care Townes și Schawlow solicitau brevetul primit la 22 martie 1960, purta numele de „maser optic” (optical maser). Atât denumirea cât și ideea se bazau pe un concept dezvoltat anterior, acela de amplificare a microundelor.
Simultan, la Universitatea Columbia, proaspătul absolvent Gordon Gould lucra la teza sa de doctorat despre nivelurile de energie ale taliului stimulat (taliu - metal moale, alb-albăstrui, simbol chimic TI). Gould și Townes s-au întâlnit și au discutat despre emisia de radiații, printre alte subiecte. În 1957, Gould (considerat de unii, adevăratul părinte al invenției) își nota ideile cu privire la „laser”, inclusiv despre utilizarea unui rezonator deschis (care avea să devină, mai târziu, o componentă esențială a aparatelor cu laser). În 1958, rusul Prokhorov, independent de cercetările americanilor (cu care blocul sovietic nici nu avea relații de prietenie pe atunci) a propus, la rândul său, un rezonator deschis, publicându-și descoperirea în presa sovietică. În Statele Unite, Schawlow și Townes ajungeau și ei la aceeași concluzie, aparent fără să fie la curent cu ceea ce publicase Prokhorov și nici cu ideile nepublicate ale lui Gould.
La o conferință din 1959, Gordon Gould a făcut public termenul LASER, ca un acronim pentru „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (lumină amplificată prin emisii de radiații stimulate). Intenția lingvistică a lui Gould era de a folosi particula „-ASER” ca un sufix pentru întregul spectru de lumini emise de un aparat de acest tip: pentru razele X - xaser, pentru razele ultraviolete - uvaser, etc. Notițele lui Gould făceau referire la posibile aplicații pentru laser precum: spectrometrie, radar, fuziune nucleară. El a continuat să își dezvolte ideile și a depus o cerere de brevetare a lor în 1959. Oficiul de acordare a brevetelor a respins solicitarea sa, aprobând-o pe cea depusă de Laboratoarele Bell. Au urmat 28 de ani de procese, în urma cărora Gould a primit recunoașterea inventării anumitor aparate care au la bază tehnologia laser. Premiul Nobel pentru fizică al anului 1964 a fost împărțit între Charles Hard Townes, Nicolay Gennadiyevich Basov și Aleksandr Mikhailovich Prokhorov, pentru primele lor cercetări legate de „maser” (microwave amplification by stimulated emission of radiation). Cui îi revine însă meritul de a fi inventat laserul propriu-zis rămâne încă o întrebare fără un răspuns clar.
Tesla, Edison, Marconi, marii inventatori ai lumii moderneNikola Tesla, o minte luminată, a împărțit cu noi toți din cunoașterea sa, prin invențiile care au schimbat lumea, de la curentul alternativ, la radio
De la vorbe, la fapte
Până teoreticienii se ciondăneau, oamenii de acțiune au trecut la fapte, iar în mai 1960, Theodore H. Maiman, de la Hughes Aircraft a construit primul „maser optic” funcțional, bazat pe un cristal de rubin, introdus într-o lampă cu arc electric. Aparatul putea, însă, să opereze doar pulsatoriu. Mai târziu, în același an, fizicianul iranian Ali Javan, împreună cu William R. Bennett și Donald Herriott au construit primul laser cu gaz, folosind heliu și neon, capabil să opereze în mod continuu. Pentru meritele sale, Javan a primit Premiul Albert Einstein în 1993. Tot el, împreună cu colegul său, Basov, a propus conceptul diodei semiconductoare cu laser.
În 1962, Robert N. Hall a făcut o demonstrație cu privire la modul de funcționare al primului aparat având o diodă cu laser, care emitea la 850 nanometri, aproape de zona razelor infraroșii ale spectrului luminos. Primele lasere semiconductoare puteau fi folosite doar dacă erau răcite cu azot lichid, la temperatura de 77 K (−195.79 °C). În 1970, Zhores Alferov, din URSS și Izuo Hayashi, împreună cu Morton Panish de la Bell Telephone Laboratories au dezvoltat independent diode cu laser care puteau opera la temperatura camerei. De aici încolo, perfecționările și utilizările în cele mai diverse domenii au venit pe bandă rulantă.
Ce este laserul și ce știe el să facă?
Raza laser este alcătuită din lumină monocromă, concentrată pe o bandă foarte îngustă de frecvență, care se deplasează într-o singură direcție. O altă caracteristică a razei laser este coerența, ceea ce înseamnă că toate undele din ea se deplasează simultan, ceea ce conferă razei o putere mult mai mare decât dacă undele s-ar deplasa separat.
Aceste proprietăți fac din laser o invenție extrem de utilă și versatilă. Direcționalitatea permite razei laser să străbată distanțe mari, păstrându-și intensitatea. Poate fi concentrată pentru a găuri materiale dure sau pentru a suda metale. Lumina sa monocromatică permite analiza substanțelor chimice, în funcție de caracteristicile de absorbție luminoasă ale fiecăreia. Coerența îl face util în măsurători de precizie, ghidare și crearea imaginilor tridimensionale (holograme).
Prima fotografie color, o revoluție în imaginiJames Clerk Maxwell, unul din cei mai mari fizicieni ai lumii, a realizat prima fotografie color pentru a demonstra cum procesează ochiul uman imaginile
Un laser are patru componente: un mediu activ, care poate fi solid, lichid sau gaz; un mediu de stimulare, care este o sursă de energie (curent electric sau rază de lumină), care stimulează mediul activ pentru a produce lumină; mecanismul de feedback, de obicei două oglinzi aliniate, care plimbă lumina înainte și înapoi prin mediul activ, pentru a o amplifica; un dispozitiv de ieșire, prin care o parte din lumina produsă în mediul activ poate ieși. Acea lumină care iese este raza laser, care poate avea forma unei raze propriu-zise sau a unei explozii de lumină.
Astăzi, laserul ne ajută în mii de modalități diferite. În medicină, luptă cu anumite celule canceroase, poate resigila retina dezlipită și efectuează proceduri chirurgicale non-invazive. În telecomunicații, transmite milioane de canale de televiziune și asigură comunicarea interumană la nivel global. Măsoară distanțele, pe pământ și în spațiu. Ghidează mașinării uriașe care sapă tuneluri în stâncă. Monitorizează activitatea scoarței terestre. Taie, găurește, sudează. Ne ajută să ne plătim cumpărăturile scanând codurile de bare și ne securizează cardurile bancare sau cărțile de identitate. Fotografia 3D permite obținerea unor imagini subacvatice de mare claritate, piloților, să utilizeze comenzile de zbor fără să își aplece privirea către ele, iar medicilor să exploreze zonele nevăzute ale corpului uman. De la imprimante la CD-uri si ADN-ul uman, mare parte a vieții noastre trece azi prin lumina razei laser, a cărei forță sperăm să rămână de partea binelui.
Referințe:
scientificamerican.com historyofinformation.com holoworld.com