Logo pl.emedicalblog.com

Jak lasery pracują i kto wynalazł je

Spisu treści:

Jak lasery pracują i kto wynalazł je
Jak lasery pracują i kto wynalazł je

Sherilyn Boyd | Redaktor | E-mail

Wideo: Jak lasery pracują i kto wynalazł je

Wideo: Jak lasery pracują i kto wynalazł je
Wideo: How a Laser Works 2024, Marsz
Anonim
16 maja 1960 r. Theodore Maiman oświetlił wysokoenergetyczne światło rubinem pokrytym srebrem, w wyniku czego powstał pierwszy na świecie laser. To przełomowe urządzenie nie zostało jednak stworzone przez pojedynczego geniusza w izolacji. Było to raczej wynikiem działania wielu błyskotliwych umysłów dzielących się pomysłami… przynajmniej dopóki nie nadszedł czas na podział zysków.
16 maja 1960 r. Theodore Maiman oświetlił wysokoenergetyczne światło rubinem pokrytym srebrem, w wyniku czego powstał pierwszy na świecie laser. To przełomowe urządzenie nie zostało jednak stworzone przez pojedynczego geniusza w izolacji. Było to raczej wynikiem działania wielu błyskotliwych umysłów dzielących się pomysłami… przynajmniej dopóki nie nadszedł czas na podział zysków.

Wczesna historia

Na ramionach olbrzyma

Większość historyków śledzi rozwój lasera z powrotem do Alberta Einsteina, który w 1917 roku był zaangażowany w jedno z jego "eksperymentów myślowych", tym razem nad zjawiskiem emisji energii. Jak opisują inni: "Jeśli atom jest w stanie wzbudzonym, po pewnym czasie może samorzutnie rozpaść się na niższy poziom energii, uwalniając energię w postaci fotonu, który emitowany jest w przypadkowym kierunku. Proces ten nazywa się emisją spontaniczną."

Wierząc, że gdyby tylko odpowiedni foton był dostępny "jak światło przechodzi przez substancję, może stymulować emisję większej ilości światła:"Einstein postulował, że fotony wolą podróżować razem w tym samym stanie…. Jeśli przemieści się bezpański foton o prawidłowej długości fali… jego obecność będzie stymulować atomy do uwalniania fotonów [zwanych emulacją stymulowaną]… a fotony będą poruszać się w tym samym kierunku z identyczną częstotliwością i fazą, co pierwotny fotomontaż. Efekt kaskadowy: gdy tłum identycznych fotonów przesunie się przez resztę atomów, coraz więcej fotonów zostanie wyemitowanych z ich atomów, aby się do nich przyłączyć."

W 1928 r. Rudolph W. Landenburg potwierdził teorię emulowanej emisji Einsteina i zaczęło się poszukiwanie tego, co ostatecznie staje się laserem.

Konsekwencja

Zauważ, że istnieje zasadnicza różnica między tymi dwoma rodzajami emisji: kiedy pojawia się spontanicznie, energia jest uwalniana losowo i na różnych częstotliwościach; ale kiedy zostanie pobudzona, uwolniona energia będzie odzwierciedlać częstotliwość i poruszać się w tym samym kierunku co foton stymulujący, z efektem będącym w stanie "wzmocnić" pierwotny wkład energii promieniowania.

Ta zdolność wzbudzonej emisji do skupienia się na bardzo wąskim zakresie częstotliwości, jej konsekwencja, jest kluczem do wzmocnienia wzmocnionego promieniowania elektromagnetycznego jako narzędzia komunikacji (jak również intensywnego źródła energii): "Poprzednie źródła energii świetlnej, takie jak żarówki, są źródłami "niespójnymi", ponieważ jednocześnie wytwarzają energię w stosunkowo dużej części widma elektromagnetycznego. Z drugiej strony źródła częstotliwości radiowych są bardzo spójne. Zalety spójnego źródła są liczne [i obejmują zdolność do]… uzyskiwać informacje z pożądanego źródła podczas filtrowania wszystkich innych. Jeśli twoja ulubiona stacja radiowa miała nadawać w szerokim zakresie spektrum (to znaczy, gdyby … były … niespójne …), doznałbyś zakłóceń…."

MASER

Na początku zdolność naukowców do wzmacniania i generowania energii była ograniczona do niższego i średniego zakresu spektrum elektromagnetycznego, który rozciąga się od najniższych częstotliwości: "Gdzie działa odbiornik AM. Stopniowo wyższe częstotliwości są nazywane falami krótkimi; VHF (dla bardzo wysokiej częstotliwości) zawierający pasma FM i TV; UHF (dla ultra wysokiej częstotliwości); mikrofale, w których działa większość radarów; fale podczerwone lub fale upałów; światło; ultrafiolet, promieniowanie rentgenowskie, promieniowanie gamma i wreszcie promienie kosmiczne."

W 1954 r. Charles Townes i Jim Gordon z Columbia University w USA oraz Nicolay Basov i Alexsandr Prokhorov w Rosji osobno opracowali prekursor dla lasera, MASER, skrót od Microwave Amplification ze stymulowaną emisją promieniowania, który wzmacniał mikrofale.

O ograniczonym użyciu Townes i jego przyszły szwagier Arthur Schawlow wymyślili plan opublikowany w Przegląd fizyczny w 1958 roku, aby wzmocnić podczerwień i światło widzialne o wyższej częstotliwości, dzięki czemu: "Prototyp lasera [powinien być wyposażony w parę lusterek, po jednym na każdym końcu luźnej komory. Fotony o określonej długości fali odbijałyby się wtedy od luster i wędrują tam iz powrotem przez ośrodek lasera. W ten sposób z kolei powodują, że inne elektrony rozluźniają się z powrotem w swoich stanach podstawowych, emitując jeszcze więcej fotonów o tej samej długości fali.."

LASER

Propozycja Townesa-Schawlowa poruszyła Theodore'a Maimana z Laboratorium Badawczego Hughesa w Malibu w Kalifornii, który 16 maja 1960 r. Jako pierwszy z powodzeniem wzmocnił promieniowanie z widzialnego spektrum: "Źródło światła, w postaci potężnej lampowej lampki, napromieniowuje syntetyczny kryształ ruby [z dwiema równoległymi twarzami pokrytymi srebrem], które pochłania energię w szerokim paśmie częstotliwości. Ta energia optyczna pobudza atomy do stanu wyższej energii, z którego energia jest napromieniowana w bardzo wąskim paśmie częstotliwości. Podekscytowane atomy są sprzężone z rezonatorem optycznym i stymulowane do emitowania promieniowania razem … "

Chociaż w pierwszej demonstracji mocy lasera nie pojawiła się żadna jasna wiązka światła, jak zauważył Townes, to jednak urządzenie było laserem, ponieważ produkowało energię: "Znaczne zawężenie zakresu częstotliwości, które zawierał. To było właśnie to, co zostało przewidziane [w dokumencie z 1958 r. I było] wyraźnym dowodem działania lasera. Wkrótce potem, zarówno w laboratorium Mainmana w Hughes, jak i w Schawlow's w Bell Laboratories w New Jersey, widziano i podziwiano jaskrawoczerwone plamy z wiązek laserów rubinowych uderzających w ścianę laboratoryjną…."

Walka patentowa

Jednym z wczesnych członków zespołu Townesa był absolwent Columbia University, Gordon Gould, który opracował wiele pomysłów dotyczących "pompowania" atomów do wyższych stanów energetycznych, aby emitowały światło "na swoją pracę dyplomową, którą dzielił z Townes. W rzeczywistości to Gould po raz pierwszy ukuł wyrażenie "Światło amplifikacji" przez stymulowaną emisję promieniowania (LASER).

Przewidując, że jego idee zostaną włączone do badań Townesa, Gould zaczął w 1957 roku zapisywać swoje pomysły, posuwając się nawet do notarializowania niektórych ze swoich notatek. Gdy ich pomysły i propozycje zostały skrystalizowane, oba obozy pospieszyły, aby zachować swoje prawa: Gould złożył patent na laser w kwietniu 1959 r., Ale amerykański Urząd Patentowy odmówił na rzecz patentu optycznego firmy Schawlow and Townes (nagrodzonego w 1960 r.) …“

Nie tak niesprawiedliwie, jak się wydaje, Townes i Schawlow złożyli wniosek o patent w imieniu Bell Laboratories, dziewięć miesięcy przed złożeniem Gould. W każdym razie, po tym, jak patent został przyznany firmie Bell, "Wojna o patent na trzydzieści lat" rozpoczęła się od pozwu Goulda. Postępowanie sądowe ciągnęło się, ale ostatecznie, począwszy od 1987 roku, Gould zaczął wygrywać rozliczenia na podstawie swoich roszczeń patentowych. Pod koniec legalnej bitwy Gould otrzymał ostatecznie "48 patentów"… dla cennych komercyjnie aspektów laserów…."

Zalecana: