December 1958: uppfinning av lasern

Charles Townes

Arthur Schawlow

då och då inträffar ett vetenskapligt genombrott som har en revolutionerande inverkan på det dagliga livet. Ett exempel på detta är uppfinningen av lasern, som står för ljusförstärkning genom stimulerad strålningsemission. Få personer insåg vid tidpunkten för sin uppfinning att det skulle visa sig vara en så användbar (och lukrativ) enhet, men lasern lanserade slutligen ett nytt vetenskapligt område och öppnade dörren till det som idag är en industri med flera miljarder dollar.

laserprincipen går tillbaka till 1917, då Albert Einstein först beskrev teorin om stimulerad emission, men den praktiska enheten har sina rötter på 1940-talet och början av 1950-talet, särskilt arbetet med mikrovågsspektroskopi-ett kraftfullt verktyg för att upptäckaegenskaper hos en mängd olika molekyler-av fysiker Charles Townes, Arthur Schawlow och andra, och den efterföljande uppfinningen av maser (mikrovågsförstärkning genom stimulerad emission av strålning).efter andra världskriget var Townes fascinerad av möjligheten att använda stimulerad emission för att sondera gaser för molekylär spektroskopi. När mikrovågsstrålningens våglängd blev kortare blev dess interaktioner med molekyler starkare, vilket gjorde det till ett kraftfullare spektroskopiskt verktyg. Townes och kollegor vid Columbia University demonstrerade en fungerande maser 1953, två år efter att liknande enheter självständigt uppfanns av forskare vid University of Maryland och Lebedev Laboratories i Moskva.Townes insåg emellertid att våglängderna för infrarött och optiskt ljus, eftersom de var kortare, skulle vara ännu mer kraftfulla verktyg för spektroskopi och nämnde tanken att utvidga maser-principen till kortare våglängder till Schawlow medan de besökte den senare vid Bell Labs. Schawlow kom med tanken på att ordna en uppsättning speglar, en i varje ände av enhetens hålighet, för att studsa ljuset fram och tillbaka, vilket eliminerar förstärkningen av eventuella strålar som studsar i andra riktningar. Han trodde att detta skulle göra det möjligt för dem att justera dimensionerna så att lasern bara skulle ha en frekvens som kunde väljas inom en given linjebredd, och att spegelstorleken kunde justeras så att även liten off axelrörelse kunde dämpas. Han föreslog också att använda vissa solid state-material för lasrarna.

åtta månader senare skrev de två männen ett papper om konceptbeviset för sitt arbete, publicerat i December 1958-numret av The Physical Review (Vol. 112, nr 6, pp. 1940-1949), och fick ett patent för uppfinningen av lasern två år senare-samma år byggdes den första arbetslasern av Theodore Maiman på Hughes Aircraft Company. Townes var medmottagare av Nobelpriset i fysik 1964 för sitt grundläggande arbete inom kvantelektronik som låg till grund för maser/laser-principen. Schawlows erkännande kom mycket senare; han delade Nobelpriset 1981 för sina bidrag till utvecklingen av laserspektroskopi.

medan Townes och Schawlow är de namn som oftast förknippas med uppfinningen av lasern på grund av deras papper från 1958 och efterföljande patent, gjorde många andra viktiga bidrag. Kanske är det därför frågan om vem som verkligen uppfann lasern har visat sig vara en ganska tvistig, till stor del på grund av Gordon Goulds ansträngningar, en forskare vid Columbia och senare med Technical Research Group (TRG), för att tjäna patenträttigheter baserat på hans forskningsanteckningsbok. En post på hans första ideer för lasern daterades och notariserades November 1957. Gould kämpade i årtionden, och 1973 beslutade US Court of Customs and Patent Appeals att det ursprungliga patentet som tilldelades Schawlow och Townes var för allmänt och inte tillhandahöll tillräckligt med information för att skapa vissa nyckelkomponenter. Gould beviljades slutligen patenträttigheter och fick sitt fjärde och sista patent på lasrar 1988.även om det var ett anmärkningsvärt tekniskt genombrott, hade lasern under sina tidiga år inte många praktiska tillämpningar, eftersom den inte var tillräckligt kraftfull för användning i strålbaserade vapen, och dess förmåga att överföra information genom atmosfären hindrades allvarligt av dess oförmåga att tränga igenom moln och regn. Men det tog inte lång tid för forskare att utveckla de första lasersynssystemen och de första verktygen för laserkirurgi.

idag är lasrar allestädes närvarande på den kommersiella marknaden, används i CD-spelare, i korrigerande ögonkirurgi, tatuering borttagning, industriella monteringslinjer, stormarknad skannrar, optisk kommunikation och optisk datalagring.

Vidare läsning:

Bromberg, Joan L., ”laserens födelse”, fysik idag, oktober 1988, s.26-33.

” ett Laserpatent som stör branschen”, Business Week, 24 oktober 1977, s.121-130.

Hecht, Jeff, ”vinna Laserpatentkriget”, Laser Focus World, December 1994, s. 49-51.