Décembre 1958: Invention du Laser

Charles Townes

Arthur Schawlow

De temps en temps, une percée scientifique se produit qui a un impact révolutionnaire sur la vie quotidienne. Un exemple de ceci est l’invention du laser, qui signifie amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement. Peu de gens ont réalisé au moment de son invention qu’il s’avérerait être un appareil aussi utile (et lucratif), mais le laser a finalement lancé un nouveau champ scientifique et a ouvert la porte à ce qui est aujourd’hui une industrie de plusieurs milliards de dollars.

Le principe du laser remonte à 1917, lorsque Albert Einstein a décrit pour la première fois la théorie de l’émission stimulée, mais le dispositif pratique a ses racines dans les années 1940 et au début des années 1950, en particulier les travaux sur la spectroscopie micro-ondes – un outil puissant pour découvrir les caractéristiques d’une grande variété de molécules – par les physiciens Charles Townes, Arthur Schawlow et d’autres, et l’invention ultérieure du maser (microwave amplification by stimulated emission of radiation).

Après la fin de la Seconde Guerre mondiale, Townes fut intrigué par la possibilité d’utiliser l’émission stimulée pour sonder les gaz pour la spectroscopie moléculaire. À mesure que la longueur d’onde du rayonnement micro-ondes diminuait, ses interactions avec les molécules devenaient plus fortes, ce qui en faisait un outil spectroscopique plus puissant. Townes et ses collègues de l’Université Columbia ont présenté un maser fonctionnel en 1953, deux ans après que des dispositifs similaires ont été inventés indépendamment par des chercheurs de l’Université du Maryland et des laboratoires Lebedev à Moscou.

Cependant, Townes s’est rendu compte que les longueurs d’onde de la lumière infrarouge et optique, parce qu’elles étaient plus courtes, seraient des outils encore plus puissants pour la spectroscopie, et a mentionné l’idée d’étendre le principe maser à des longueurs d’onde plus courtes à Schawlow lors de la visite de ce dernier aux Bell Labs. Schawlow a eu l’idée de disposer un ensemble de miroirs, un à chaque extrémité de la cavité de l’appareil, pour faire rebondir la lumière d’avant en arrière, éliminant ainsi l’amplification des faisceaux rebondissant dans d’autres directions. Il pensait que cela leur permettrait d’ajuster les dimensions pour que le laser n’ait qu’une seule fréquence pouvant être choisie dans une largeur de ligne donnée, et que la taille du miroir puisse être ajustée pour que même un léger mouvement hors axe puisse être amorti. Il a également suggéré d’utiliser certains matériaux à l’état solide pour les lasers.

Huit mois plus tard, les deux hommes rédigent un article sur la preuve de concept de leur travail, publié dans le numéro de décembre 1958 de la Physical Review (Vol. 112, no 6, p. 1940-1949), et a reçu un brevet pour l’invention du laser deux ans plus tard – la même année, le premier laser de travail a été construit par Theodore Maiman chez Hughes Aircraft Company. Townes a été co-récipiendaire du prix Nobel de physique de 1964 pour ses travaux fondamentaux en électronique quantique qui ont fourni la base du principe maser/laser. La reconnaissance de Schawlow est venue beaucoup plus tard; il a partagé le prix Nobel 1981 pour ses contributions au développement de la spectroscopie laser.

Alors que Townes et Schawlow sont les noms les plus souvent associés à l’invention du laser en raison de leur papier de 1958 et de leur brevet ultérieur, de nombreux autres ont apporté des contributions vitales. C’est peut-être pour cette raison que la question de savoir qui a vraiment inventé le laser s’est avérée assez litigieuse, en grande partie grâce aux efforts de Gordon Gould, un scientifique de Columbia et plus tard du Technical Research Group (TRG), pour obtenir des droits de brevet sur la base de son cahier de recherche. Une entrée sur ses idées initiales pour le laser a été datée et notariée en novembre 1957. Gould s’est battu pendant des décennies et, en 1973, la Cour des douanes et des appels en matière de brevets des États-Unis a jugé que le brevet original accordé à Schawlow and Townes était trop général et ne fournissait pas suffisamment d’informations pour créer certains éléments clés. Gould a finalement obtenu les droits de brevet, recevant son quatrième et dernier brevet sur les lasers en 1988.

Bien qu’il s’agisse d’une percée technique remarquable, dans ses premières années, le laser n’avait pas beaucoup d’applications pratiques, car il n’était pas assez puissant pour être utilisé dans des armes à faisceau, et sa capacité à transmettre des informations à travers l’atmosphère était gravement entravée par son incapacité à pénétrer les nuages et la pluie. Mais il n’a pas fallu longtemps aux chercheurs pour développer les premiers systèmes de visée laser et les premiers outils de chirurgie au laser.

Aujourd’hui, les lasers sont omniprésents sur le marché commercial, utilisés dans les lecteurs de CD, la chirurgie oculaire corrective, le détatouage, les chaînes de montage industrielles, les scanners de supermarchés, les communications optiques et le stockage de données optiques.

Pour en savoir plus :

Bromberg, Joan L., « La naissance du Laser », Physics Today, octobre 1988, pp. 26-33.

 » Un brevet Laser qui bouleverse l’industrie « , Business Week, 24 octobre 1977, pp. 121-130.

Hecht, Jeff, « Winning the Laser Patent War », Laser Focus World, décembre 1994, pp. 49-51.