Back

55 éves az első működő lézer

1960. május 16-án a Hughes Laboratóriumban sikerült először működő lézert létrehoznia Theodore Harold Maiman (1927-2007) amerikai fizikusnak. Ez a működő rubinlézer indította el azt a folyamatot, aminek következtében mára mindennapi életünk elengedhetetlen kelléke lett a különleges fényforrás. Az optikai távközlésben, CD és DVD lejátszókban, orvosi alkalmazásokban, precíziós mérésekben, nyomtatókban, fegyverekben és még nagyon sok helyen használt lézer megszületésének az 55. évfordulójáról emlékezünk meg a következőkben.


A történet egészen Albert Einsteinig visszanyúlik, aki 1917-ben elméleti úton jutott el odáig, hogy atomokat mesterségesen gerjesztve, azok egy adott frekvencián sugárzást produkálnak. Ezt nevezzük indukált vagy stimulált emissziónak. Az elméleti gondolatmenetet jó harmincöt évvel később sikerült a gyakorlatba is átültetni, amikor a radarok tökéletesítéséhez monokromatikus, koherens, nagy intenzitású rádióhullámokra lett szükség. Erre mindkét világhatalomnak szüksége volt, így a Szovjetunióban is, az Egyesült Államokban is intenzív kutatások folytak. Így jöttek létre a mézerek, ami egy rövidítés magyaros átírása. A mézer angolul a MASER (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) betűszóból alakult ki, ami magyarul mikrohullámú erősítés a sugárzás indukált emissziójával. Amerikában a Columbia Egyetemen Charles Hard Townes és társai ammóniagáz gerjesztésével hoztak létre működő mézert az 1,24 cm-es hullámhosszon, míg a Szovjetunióban Nyikolaj Baszov és Alexander Prohorov, a Lebegyev Intézet kutatói szintén ammóniagázzal, de kicsit más elven, 3 nívós állapotú gerjesztéssel hozták létre az ammóniamézert. Külön érdekesség, hogy a hidegháborús hangulat ellenére Prohorov 1955-ben kijutott Cambridge-be a Faraday Társaság konferenciájára, ahol előadást tartott az ammóniamézerről. Itt Townes elújságolta neki, hogy ők már működő példányt is csináltak, mire Prohorov azzal válaszolt, hogy nekik is készen van Moszkvában. Nem is véletlen, hogy 1964-ben ők hárman kapták megosztva a fizikai Nobel-díjat.

Ettől kezdve viszont megindult a verseny azért, hogy még magasabb frekvencián meg lehessen valósítani az optikai mézert, amit később lézernek neveztek el a Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, azaz a fényerősítés a sugárzás indukált emissziójával rövidítéseként. Townes ezen a feladaton Arthur Schawlow-val dolgozott közösen, aki 1981-ben szintén megkapta a fizikai Nobel-díjat lézerspektroszkópiai kutatásaiért.

A versenybe azonban beszállt a Hughes Research Laboratory is, ahol Theodore Maiman annak ellenére foglalkozott a lézer létrehozásával, hogy azt a labor vezetése nem igazán támogatta. Míg Townesék azzal voltak elfoglalva, hogy stabil működésű, folyamatos lézert állítsanak elő, amihez bonyolult hűtési rendszert kellett létrehozni, addig Maiman impulzusgerjesztéssel próbálkozott, bár benne is felmerült a másik út.

Maiman rúd alakú mesterséges rubinkristályt használt, melynek a két végét lecsiszolta és beezüstözte. Ezzel a rúd két végén félig áteresztő tükör keletkezett. A rudat oldalról egy villanólámpával gerjesztette, mire az indukált emisszió következtében megindult a sugárzás. Ami nem a tükrökre merőleges sugárzás volt, az hamar elhagyta a rubinkristályt, azonban a tükörre merőleges sugarak egészen addig a két tükör között gerjedtek, amíg akkora energiájuk lett, hogy át tudták lépni a félig áteresztő tükröt. Ekkor viszont egy adott hullámhosszú, koherens sugárként léptek ki a rubinkristályból, 694,3 nm-es hullámhosszal, s ezzel megszületett az első működő rubinlézer. Leírva persze ez egyszerűen hangzik, de meg kellett hozzá találni a megfelelően szennyezett rubinkristályt, ami hosszadalmas feladat volt.

 

A Hughes vezetése azonnal reagált a kísérlet sikerére, a szakcikket pár nappal később elküldték a Physical Review Letters folyóiratnak és 1960. július 7-én – akkoriban még szokatlan módon – sajtótájékoztatón jelentették be a találmányt. A világhírű felfedezést azonban mégis a Nature magazin jelentette meg, mert a Physical Review Letters – arra hivatkozva, hogy Maiman abban az évben már publikált egy cikket – nem fogadta be az optikai mézerről szóló bejelentést. A Nature szerkesztősége viszont annak ellenére, hogy nem fizikusokból állt, azonnal megértette a cikk jelentőségét.

A sors fintora, hogy Theodore Maiman – bár kétszer is rajta volt a Nobel-díjra javasoltak listáján – végül is nem kapta meg a Nobel-díjat, sok más kitüntetés mellett meg kellett elégednie az elektro-optikai Japán-díjjal, melyet 1987-ben nyert el az 1960-as eredményéért. Emellett neve bekerült a washingtoni National Investors Hall of Fame csarnokba 1984-ben.

dr. Bartolits István