Bagaimana Laser Kerja dan Siapa yang Mencipta Mereka

2024 Pengarang: Sherilyn Boyd | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 09:39

Sejarah awal

Pada Bahu Raksasa

Kebanyakan ahli sejarah mengesan perkembangan laser itu kembali kepada Albert Einstein, yang, pada tahun 1917, terlibat dalam salah satu "percubaan pemikirannya", kali ini melalui fenomena pelepasan tenaga. Seperti yang diterangkan oleh orang lain: "Sekiranya atom berada dalam keadaan teruja, ia boleh secara spontan merosot ke dalam tahap tenaga yang lebih rendah selepas beberapa ketika, melepaskan tenaga dalam bentuk foton, yang dipancarkan dalam arah rawak. Proses ini dipanggil pelepasan spontan."

Percaya bahawa jika hanya foton yang tepat tersedia "sebagai cahaya melalui bahan, dapat merangsang pelepasan lebih banyak cahaya:"Einstein menyatakan bahawa foton memilih untuk bepergian bersama dalam keadaan yang sama…. Jika foton sesat panjang gelombang yang betul melaluinya… kehadirannya akan merangsang atom untuk melepaskan foton mereka [dipanggil pelepasan dirangsang]… dan foton tersebut akan bergerak ke arah yang sama dengan kekerapan dan fasa yang sama seperti foton yang sesat asal. Kesan melintang berlaku: apabila orang ramai foton yang sama bergerak melalui seluruh atom, lebih banyak foton akan dipancarkan dari atom mereka untuk menyertai mereka."

Pada tahun 1928, Rudolph W. Landenburg mengesahkan teori Einstein mengenai pelepasan yang dirangsang, dan usaha untuk apa yang akhirnya menjadi laser bermula.

KESIMPULAN

Perhatikan terdapat perbezaan asas antara kedua-dua jenis pelepasan: apabila berlaku secara spontan, tenaga dikeluarkan secara rawak dan pada pelbagai frekuensi; tetapi, apabila ia dirangsang, tenaga yang dikeluarkan akan mencerminkan kekerapan dan bergerak ke arah yang sama dengan photon yang merangsang, dengan kesannya dapat "menguatkan" input asli tenaga radiasi.

Keupayaan pelepasan yang dirangsang untuk terus memberi tumpuan kepada frekuensi yang sangat sempit, iaitu koheren, adalah kunci untuk membuat radiasi elektromagnetik yang diperkuat berguna sebagai alat komunikasi (serta sumber tenaga yang sengit): "Sumber sebelumnya dari sumber cahaya seperti lampu pijar, adalah sumber "tidak masuk akal" karena mereka secara bersamaan menjana energi di atas sebagian besar spektrum elektromagnetik. Sumber frekuensi radio, sebaliknya sangat koheren. Kelebihan sumber yang koheren adalah banyak [dan termasuk keupayaan untuk]… dapatkan maklumat dari sumber yang dikehendaki semasa menyaring semua yang lain. Sekiranya stesen radio kegemaran anda disiarkan di sebahagian besar spektrum (iaitu jika ia … tidak …), anda akan mengalami gangguan…."

MASER

Pada mulanya, keupayaan saintis untuk menguatkan dan menjana tenaga adalah terhad kepada spektrum elektromagnetik yang lebih rendah dan sederhana, yang merangkumi frekuensi terendah: "Di mana penerima AM anda beroperasi. Frekuensi yang lebih tinggi secara progresif dipanggil gelombang pendek; VHF (untuk frekuensi yang sangat tinggi) yang mengandungi kumpulan FM dan TV; UHF (untuk kekerapan ultra tinggi); gelombang mikro, di mana kebanyakan radar beroperasi; gelombang inframerah atau haba; cahaya; ultraviolet, sinar-X, sinar gamma dan akhirnya kosmik sinar."

Pada tahun 1954, Charles Townes dan Jim Gordon dari Columbia University di A.S., dan Nicolay Basov dan Alexsandr Prokhorov di Rusia, secara berasingan mengembangkan pendahulunya kepada laser, MASER, yang pendek untuk Amplifikasi Ketuhar gelombang mikro oleh Peningkatan Radiasi Sinaran, yang menguatkan gelombang mikro.

Penggunaan terhad, Townes dan saudara ipar masa depannya, Arthur Schawlow, datang dengan rancangan yang diterbitkan dalam Kajian Fizikal pada tahun 1958, untuk menguatkan inframerah kekerapan dan cahaya frekuensi yang lebih tinggi, di mana: "Laser prototaip [hendaklah dipasang dengan sepasang cermin, satu pada setiap hujung rongga yang membungkus. Gambar-gambar gelombang panjang yang spesifik kemudian akan mencerminkan cermin dan bolak-balik melalui media yang mengalir. Dengan berbuat demikian, mereka pada gilirannya akan menyebabkan elektron lain untuk berehat kembali ke keadaan tanah mereka, memancarkan lebih banyak foton dalam panjang gelombang yang sama …."

LASER itu

Cadangan Townes-Schawlow mengaduk Theodore Maiman dari Laboratorium Penyelidikan Hughes di Malibu, California, yang, pada 16 Mei 1960, adalah orang pertama yang berjaya menguatkan radiasi dari spektrum yang terlihat: "Sumber cahaya, dalam bentuk lampu tiub lampu kilat yang kuat, menyerap kristal ruby sintetik [dengan dua muka selari bersalut dengan perak] yang menyerap tenaga ke atas frekuensi yang luas. Tenaga optik ini menggembirakan atom-atom ke keadaan tenaga yang lebih tinggi dari mana tenaga tersebut dirahasiakan semula dalam kumpulan frekuensi yang sangat sempit. Atom teruja digabungkan dengan resonator optik dan dirangsang untuk memancarkan radiasi bersama … "

Walaupun tiada sinar cahaya yang terang dipancarkan dalam demonstrasi pertama kuasa laser, seperti yang dinyatakan Townes, peranti itu, bagaimanapun, laser kerana ia menghasilkan tenaga dengan: "Penyempitan yang ketara bagi pelbagai frekuensi yang terkandung di dalamnya. Ini adalah apa yang telah diramalkan [oleh kertas 1958, dan] bukti yang jelas tentang tindakan laser. Tidak lama selepas itu, kedua-dua makmal Mainman di Hughes dan di Schawlow di Bell Laboratories di New Jersey, bintik-bintik merah yang terang dari sinar laser ruby yang memukul dinding makmal dilihat dan dikagumi…."

Perjuangan Paten

Seorang anggota awal pasukan Townes ialah pelajar siswazah dari Columbia University, Gordon Gould, yang mencipta beberapa idea yang berkaitan dengan '' memompa 'atom ke negara tenaga yang lebih tinggi supaya mereka akan memancarkan cahaya untuk tesis siswazahnya, yang dikongsi bersama dengan Townes. Malah, ia adalah Gould yang pertama mencipta frasa Amplifikasi Cahaya oleh Peningkatan Rangsangan Sinaran (LASER).

Menjangkakan bahawa gagasannya akan dimasukkan ke dalam penyelidikan Townes, Gould bermula, pada tahun 1957, menyimpan rekod idea-ideanya, bahkan sampai sejauh beberapa halaman buku catatannya disahkan. Memandangkan idea dan cadangan masing-masing menjadi kristal, kedua-dua kem tersebut bergegas untuk mengekalkan hak mereka: Gould memfailkan paten laser pada April 1959 tetapi ini ditolak oleh Pejabat Paten AS yang memihak kepada paten masker optik Schawlow dan Townes (diberikan 1960) …“

Tidak seperti yang tidak wajar kerana kedengarannya, Townes dan Schawlow telah memohon paten mereka, bagi pihak Laboratorium Bell, sembilan bulan sebelum difailkan oleh Gould. Dalam apa jua keadaan, selepas paten diberikan kepada Bell, "Perang Paten Tiga Puluh Tahun," bermula dengan saman Gould. Undang-undang itu diseret, tetapi akhirnya, bermula pada tahun 1987, Gould mula memenangi penyelesaian mengenai tuntutan patennya. Menjelang akhir pertempuran undang-undang, Gould pada akhirnya dianugerahkan "48 paten… untuk aspek komersil berharga laser…."