Kuidas laserid tööle panna ja kes neid leiutasid?

Kuidas laserid tööle panna ja kes neid leiutasid?

16. mail 1960 tegi Theodore Maiman hõbedast kaetud rubiiniga suure võimsusega valguse ja tulemuseks oli maailma esimene laser. Seda murrangulist seadet aga ei loodud ükski geenius eraldi. Pigem oli see paljude suurepäraste mõtete ideede jagamise tulemus. . . vähemalt selleks ajaks, kui oleks tulnud kasumit lahutada.

Varajane ajalugu

Gianti õlgadel

Enamik ajaloolasi jälgib laseri arengut tagasi Albert Einsteinile, kes 1917. aastal tegeles ühe tema "mõttekatsetustega", seekord energeetiliste emissioonide nähtusega. Nagu teised kirjeldasid: "Kui aatom on põnevas olekus, võib see mõne aja pärast laguneda spontaanselt madalamale energiatasemele, vabastades energiat footoni kujul, mis väljutatakse juhuslikus suunas. Seda protsessi nimetatakse spontaanseks emissiooniks. "

Usutades, et kui õige foton oleks kättesaadav ", sest valguse läbib aine, võib see stimuleerida valguse emissiooni:"Einstein arvas, et footonid eelistavad üheskoos reisida ühesuguses olekus. . . . Kui õige lainepikkuse hulkunud foton läbib. . . selle olemasolu stimuleerib aatomeid oma footone vabastama (nn stimuleeritud emissioon). . . ja need footonid liiguvad samades suundades identsel sagedusel ja faasis nagu algne ummistunud footon. Selle tulemusena tekib kaskaadiefekt: identsete footonite rahvahulk liigub ülejäänud aatomite kaudu, nende aatomid vabanevad üha rohkem fotoneid nende ühendamiseks. "

1928. aastal kinnitas Rudolph W. Landenburg Einsteini stimuleeritud emissiooni teooriat ja otsustati, mis hakkab lõpuks laseriks saama.

Sidusus

Pange tähele, et kahe heitgaaside vahel on fundamentaalne erinevus: kui see tekib spontaanselt, vabaneb energia juhuslikult ja erinevatel sagedustel; kuid stimuleerituna peegeldab vabanev energia sagedust ja liigub stimuleeriva footoni samas suunas, mille tulemusena on võimalik võimendada kiirgusenergia esialgset sisendit.

See stimuleeritud heide suudab keskenduda väga kitsale sagedusribale, selle sidususon võti võimendatava elektromagnetilise kiirguse tekitamiseks kasulikuks kommunikatsioonivahendina (samuti intensiivse energiaallikana): "Eelmised valguseenergia allikad, nagu hõõglambid, on "ebaühtlased" allikad, kuna need toodavad samal ajal suhteliselt suure osa elektromagnetilise spektri ulatuses energiat. Samas on raadiosageduslikud allikad väga sidusad. Sidusa allika eelised on paljud [ja mis sisaldavad võimalust]. . . saada soovitud allikast teavet, kui kõik teised filtreeritakse. Kui teie lemmik raadiojaam peaks saadete spektri laias osas (st kui see ... olid ... omavahel seotud ...), tekiks interferents. . . "

MASER

Esialgu piirdus teadlaste võime energia laiendamiseks ja genereerimiseks elektromagnetilise spektri madalama ja keskmise vahemikuga, mis ulatub madalaimatest sagedustest:Kui teie AM vastuvõtja töötab. Järk-järgult kõrgemaid sagedusi nimetatakse lühikeseks; VHF (väga kõrge sagedusega), mis sisaldab FM- ja teleribaasid; UHF (ülikõrge sagedusega); mikrolained, kus enamik radarid töötavad; infrapunased või kuumalained; valgus; ultraviolettkiirgus, röntgenikiirgus, gammakiirgus ja lõpuks kosmilised kiired. "

Aastal 1954 Charles Townes ja Jim Gordon Columbia ülikoolist USA-s ja Nicolay Basovist ja Alexsandr Prokhorovist Venemaal arendasid eraldi laseri eelkäija MASER-i, lühikeseks mikrolaine võimendamiseks stimuleeritud kiirguse kiirguse abil, mis võimendas mikrolaineid.

Piiratud kasutuse tõttu esitas Townes ja tema tulevane vennaskond Arthur Schawlow kava, mis avaldati Füüsiline ülevaade 1958. aastal kõrgendatud sagedusega infrapuna ja nähtava valguse võimendamiseks, kusjuures: "Prototüüp-laserile [pidi] olema varustatud paariga peeglitest, millest üks oli üksteise otsaõõnde. Spetsiifiliste lainepikkuste fotod peegeldaksid peeglist välja ja sõidaksid edasi-tagasi läbi laseerimiskeskkonna. Sellega tekitaksid nad omakorda teisi elektrone, et nad saaksid oma põhiseisunditesse lõdvestuda, tekitades samal lainepikkusel veelgi rohkem fotone. "

LASER

Townes-Schawlowi ettepanek segas Theodore Maimani Hughesi uurimislaborist Californias Maliburis, kes 16. mail 1960 oli esimene, kes edukalt võimendas nähtavast spektrist kiirgust: "Valgusallikas, mis on võimas välklambi lamp, kiiritab sünteetilise rubiinkristalli [millel on kaks hõbedat kaetud paralleelset külge], mis neelab energiat lairiba sagedusega. See optiline energia ahjub aatomeid kõrgema energiatasemega, millest energia liigub väga kitsas sagedusribas. Avaldatud aatomid on ühendatud optilise resonaatoriga ja stimuleeritakse kiirgust kiirgama ... "

Kuigi laseri võimsuse esimesel demonstratsioonil ei leitud valgustugevust, nagu märkis Townes, oli seade ikkagi laser, sest see tekitas energiat: "See sisaldas märkimisväärselt sageduste vahemikku. See oli just see, mis oli ennustatud [1958. aasta paberile ja oli] kindel tõend laserkiire kohta. Vahetult pärast mõlemat Mainmani laboratooriumis Hughes'is ja Schawlowi juures Bell Laboratories'is New Jersey'is nägid ja imetlesid laboratoorsesse murre löönud rubiin-laserkiirte säravad täpid. . . "

Patendivaidlus

Üks Townesi varajane liikmest oli Columbia ülikooli kraadiõpetaja Gordon Gould, kes kavandas mitmeid ideid, mis käsitlevad aatomite pumpamist kõrgematesse energiatundlikesse olekudesse, et nad kiirgaksid valgust "oma lõpetajaks, mida ta Townesiga jagunes. Tegelikult tegi Gould, kes esmakordselt lõi kiirguse kiirguse kiirguse (LASER) lause Light Amplification.

Olles ette kujutanud, et tema mõtted oleksid Townesi teadustesse sisse viidud, alustas Gould 1957. aastal oma ideede arvestust, isegi kui tema lehtede mõned leheküljed on notariaalselt tõestatud. Nende vastavate ideede ja ettepanekute kristalliseerumisel hakkasid mõlemad laagrid oma õigusi säilitama: "Gould esitas laserpreparaadi 1959. aasta aprillis, kuid USA Patendiamet keeldus selle poolt Schawlowi ja Townesi optilise maseri patendi (antud 1960. aastal) kasuks ...

Nii nagu ei ole ebaaus, nagu Townes ja Schawlow taotlesid oma patendi taotlemist Bell Laboratories nimel üheksa kuud enne Gouldi esitamist. Igal juhul, kui Bell sai patendi, algatati kolmetkümneaastane patendivägi, mille käigus esitati Gouldi ülikond. Kohtumenetlus lükkus edasi, kuid lõpuks, alates 1987. aastast, hakkas Gould asuma oma patendinõudlusega asunduste võitmiseks. Seadusliku võitluse lõpuks anti Gouldile "48 patenti. . . laserite kaubanduslikult väärtuslikes aspektides. . . "

Jäta Oma Kommentaar