Historia lasera: od Einsteina do Gordona Goulda

raggio-lasr-articolo-1024x294 Historia lasera: od Einsteina do Gordona Goulda

Technologia L. A. S. E. R. pozwala na tworzenie różnorodnych systemów zdolnych do emisji wiązki światła spójnej w przestrzeni, umożliwiając w ten sposób kolimację w czasie, tak aby widmo emisyjne było bardzo wąskie (monochromatyczność) za pomocą wzmocnienia optycznego opartego na procesie wzmacniania światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania, od którego pochodzi nazwa: Light Amplification (by) Stimulated Emission (of) Radiation. Termin ten stał się tak rozpowszechniony, że przyjmuje w języku angielskim konotacje czasownika („to lase”) pod każdym względem, tak że „lasing” wskazuje na aktywność samej emisji wiązki laserowej.

W fizyce klasycznej światło jest traktowane jako nakładanie się oscylacji elektromagnetycznych. Do połowy XX wieku, mimo prób manipulowania światłem w celu zastosowania go w różnych dziedzinach, nie udało się przekroczyć granicy jego polichromatyczności: za pomocą przyrządów optycznych (np. filtrów) prawie udało się uzyskać spójność promieniowania, ale nie bez znacznego osłabienia intensywności wiązki.

W rzeczywistości nawet wiązki laserowe nie są idealnie monochromatyczne, ale są w stanie skoncentrować prawie całą swoją energię w bardzo wąskim paśmie widmowym, a to przynosi znaczne korzyści w szerokim zakresie zastosowań.

 

Można powiedzieć, że właśnie wraz z pojawieniem się lasera światło przyjęło nową rolę w świecie przemysłowym: ogromny potencjał tej technologii natychmiast zaczął oferować możliwości w zakresie zastosowań i badań.

 

Do pomiaru lasera przemysłowego służą następujące parametry: częstotliwość (w hercach), długość fali (w mikrometrach), moc średnia i moc szczytowa oraz energia impulsu. W technologii laserowej najczęściej występujące długości fali to te od 0,3 (UV) do 10 µm (CO2), co oznacza, że obejmują zakres od ultrafioletu, przez światło widzialne, po podczerwień.

SpettroUV-1 Historia lasera: od Einsteina do Gordona Goulda

Poproś o bezpłatną konsultację online

Jeden z naszych ekspertów odpowie na pytania i zaproponuje najlepsze rozwiązanie dla Twoich potrzeb

Przesyłając ten formularz, akceptujesz naszą politykę prywatności
laserstoria1mobile Historia lasera: od Einsteina do Gordona Goulda

Historia w pigułce

Historia lasera niewątpliwie zaczyna się w 1916 roku, od Alberta Einsteina, który postawił hipotezę, że w tworzeniu widmowej linii atomowej występują zasadniczo trzy procesy: emisja spontaniczna, emisja wymuszona i absorpcja. Do każdego z nich przypisał współczynnik (nazwany później „Einsteinem”), który reprezentuje oszacowanie prawdopodobieństwa zajścia tego procesu.

 

Od pierwszych badań przeprowadzonych przez tego geniusza musimy jednak poczekać aż do 1950 roku, kiedy to zespół C.H. Townes wykonał pierwsze działające urządzenie wykorzystujące w praktyce teorie Einsteina: technologia ta nazywała się M. A. S. E. R., co oznacza Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation (wzmocnienie mikrofal poprzez wymuszoną emisję promieniowania).

 

Późniejsze badania, wiedzione chęcią rozszerzenia zasad MASER na pole podczerwieni i światła widzialnego, zawdzięczamy wszechstronnemu Theodorowi H. Maimanowi, który w 1960 roku ukończył pierwszy impulsowy laser rubinowy.

 

Od tego czasu laser znalazł zastosowanie w wielu dziedzinach, a badania ukierunkowały się zarówno na rozwój nowych źródeł laserowych, jak i na poprawę tych już istniejących.

Kwetia patentu

Wynalezienia lasera nie udało się jeszcze przypisać jednej osobie, a opinie dotyczące tej kwestii są ze sobą na tyle sprzeczne, że laser przez trzydzieści lat był przedmiotem sporu patentowego.

 

Wspomnieliśmy już, że to Theodore H. Maiman wznowił badania Einsteina: 16 maja 1960 roku kalifornijski inżynier uruchomił pierwszy działający laser w laboratoriach Hughes Research w Malibu.

 

Był to laser na ciele stałym wykorzystujący kryształ rubinowy, zdolny do wytworzenia czerwonej wiązki laserowej o długości fali wynoszącej 694 nm i częstotliwości 4×1014 Hz.

 

Również w 1960 roku Ali Javan, William R. Bennett i Donald Herriott skonstruowali pierwszy laser wykonany z helu i neonu, nazwany optycznym maserem gazowym, który był zdolny do wytwarzania promieni podczerwonych.

 

Trzy lata później w New Jersey K. Patel opracował laser na dwutlenku węgla w Bell Laboratories.

1457- Historia lasera: od Einsteina do Gordona Goulda
gordongould Historia lasera: od Einsteina do Gordona Goulda

Wśród wszystkich być może najbardziej znaną postacią jest fizyk Gordon Gould, który po rozmowie z Townesem zrobił kilka notatek na temat optycznego wykorzystania MASER i wykorzystania otwartego rezonatora, szczegółu, który później stał się powszechnie stosowany w wielu laserach.

 

Uważając się za wynalazcę lasera, Gordon Gould złożył swoje notatki u notariusza, ale w powstałym sporze prawnym urząd patentowy nie przyznał mu wynalezienia lasera.

 

W 1977 roku udało mu się odnieść niewielki sukces w kwestii przyznania patentu na pompowanie optyczne i w następnych latach współpracował przy przygotowaniu wielu dokumentów opisujących szeroką gamę możliwych zastosowań lasera, w tym nagrzewanie i waporyzację materiałów, spawanie, wiercenie, cięcie i różne zastosowania fotochemiczne.

 

Podsumowując, możemy powiedzieć, że nawet jeśli nigdy nie przyznano mu wynalezienia lasera, Gordon Gould zarobił miliony tantiem, zarówno za swoje kolejne patenty, jak i za badania innych naukowców, którzy następnie wynaleźli wszystkie znane dziś zastosowania lasera.

schemalaser-articolo Historia lasera: od Einsteina do Gordona Goulda

Elementy lasera

1. Ośrodek aktywny optycznie, czyli materiał (gaz, kryształ, ciecz) emitujący światło;
2. Układ pompowy, który dostarcza energię do ośrodka aktywnego;
3. Dwa lustra, z których jedno jest półodblaskowe;
4. Wnęka optyczna lub rezonator optyczny, tak zwana pułapka dla światła;
5. Wyjściowa wiązka laserowa.

 

W laserze wykorzystuje się ośrodek aktywny, który po uruchomieniu ma zdolność emitowania promieniowania elektromagnetycznego (fotonów). Długość fali emisji zależy od ośrodka aktywnego.

Ośrodek aktywny może być gazowy (np. dwutlenek węgla, mieszanina helu i neonu), ciekły (rozpuszczalniki, takie jak metanol, etanol lub glikol etylenowy, do których dodawane są barwniki chemiczne, takie jak kumaryna, rodamina i fluoresceina) lub stały (rubin, neodym lub półprzewodnik). Układ pompowy dostarcza energię do ośrodka aktywnego, doprowadzając go do wzbudzenia emisją fotonów. Wzbudzenie może nastąpić poprzez:

 

• Pompowanie optyczne
• Wstrząs elektroniczny
• Efekt Penninga
• Rezonansowy transfer energii

 

Emitowane promieniowanie jest zwykle skoncentrowane przez wnękę optyczną z odbijającymi ścianami wewnętrznymi i półodblaskową powierzchnią wyjściową. Ta ostatnia powierzchnia jest jedyną umożliwiającą ucieczkę promienia, który jest następnie poddawany obróbce i ponownie pozycjonowany przez szereg soczewek i luster, aby zapewnić, że powstały promień ma żądane położenie, koncentrację i szerokość.

Podobał Ci się ten artykuł?
Udostępnij to

© Wszelkie prawa zastrzeżone