Bagaimana Laser Bekerja dan Siapa Menciptakan Mereka

Bagaimana Laser Bekerja dan Siapa Menciptakan Mereka

Pada 16 Mei 1960, Theodore Maiman menyinari lampu berkekuatan tinggi di sebuah ruby ​​yang sebagian dilapisi dengan perak dan hasilnya adalah laser pertama di dunia. Perangkat inovatif ini, bagaimanapun, tidak diciptakan oleh seorang jenius tunggal dalam isolasi. Sebaliknya, itu adalah hasil dari banyak ide berbagi pikiran brilian. . . setidaknya sampai tiba saatnya membagi laba.

Sejarah awal

Di Bahu Raksasa

Kebanyakan sejarawan melacak perkembangan laser kembali ke Albert Einstein, yang, pada tahun 1917, terlibat dalam salah satu "eksperimen pikirannya," kali ini atas fenomena emisi energi. Seperti yang dijelaskan oleh orang lain: “Jika sebuah atom berada dalam keadaan tereksitasi, ia dapat secara spontan membusuk ke tingkat energi yang lebih rendah setelah beberapa waktu, melepaskan energi dalam bentuk foton, yang dipancarkan dalam arah acak. Proses ini disebut emisi spontan. ”

Percaya bahwa jika hanya foton yang tepat yang tersedia "ketika cahaya melewati suatu zat, itu bisa merangsang emisi lebih banyak cahaya:"Einstein mendalilkan bahwa foton lebih suka bepergian bersama dalam keadaan yang sama. . . . Jika foton nyasar panjang gelombang yang tepat lewat. . . Kehadirannya akan merangsang atom untuk melepaskan foton mereka [disebut emisi terstimulasi]. . . dan foton-foton itu akan bergerak ke arah yang sama dengan frekuensi dan fase identik sebagai foton nyasar yang asli. Efek Cascading terjadi: karena kerumunan foton identik bergerak melalui sisa atom, semakin banyak foton yang akan dipancarkan dari atom mereka untuk bergabung dengan mereka. ”

Pada tahun 1928, Rudolph W. Landenburg membenarkan teori Einstein tentang emisi terstimulasi, dan pencarian apa yang akhirnya menjadi laser dimulai.

Koherensi

Perhatikan ada perbedaan mendasar antara dua jenis emisi: ketika satu terjadi secara spontan, energi dilepaskan secara acak dan pada berbagai frekuensi; tetapi ketika distimulasi, energi yang dilepaskan akan mencerminkan frekuensi dan bergerak ke arah yang sama dengan foton yang menstimulasi, dengan efek yang mampu "memperkuat" input asli energi radiasi.

Kemampuan emisi terstimulasi ini tetap fokus pada rentang frekuensi yang sangat sempit koherensi, adalah kunci untuk membuat radiasi elektromagnetik yang diperkuat berguna sebagai alat komunikasi (serta sumber energi yang kuat): “Sumber energi cahaya sebelumnya seperti lampu pijar, adalah sumber “tidak koheren” karena secara bersamaan menghasilkan energi di atas spektrum elektromagnetik yang relatif besar. Sumber frekuensi radio, di sisi lain sangat koheren. Keuntungan dari sumber yang koheren adalah banyak [dan termasuk kemampuan]. . . memperoleh informasi dari sumber yang diinginkan sambil memfilter semua yang lain. Jika stasiun radio favorit Anda disiarkan di sebagian besar spektrum (yaitu jika ... tidak ... tidak koheren ...) Anda akan mengalami gangguan. . . . "

MASER

Pada awalnya, kemampuan ilmuwan untuk memperkuat dan menghasilkan energi terbatas pada spektrum spektrum elektromagnetik yang lebih rendah dan menengah, yang membentang dari frekuensi terendah: “Di mana penerima AM Anda beroperasi. Frekuensi yang lebih tinggi secara progresif disebut gelombang pendek; VHF (untuk frekuensi sangat tinggi) yang mengandung gelombang FM dan TV; UHF (untuk frekuensi ultra tinggi); gelombang mikro, tempat sebagian besar radar beroperasi; gelombang inframerah atau panas; cahaya; ultraviolet, sinar-X, sinar gamma dan akhirnya sinar kosmik. ”

Pada tahun 1954, Charles Townes dan Jim Gordon dari Columbia University di AS, dan Nicolay Basov dan Alexsandr Prokhorov di Rusia, secara terpisah mengembangkan prekursor laser, MASER, kependekan dari Microwave Amplification oleh Stimulated Emission of Radiation, yang memperkuat gelombang mikro.

Penggunaan terbatas, Townes dan saudara iparnya masa depannya, Arthur Schawlow, datang dengan rencana, yang diterbitkan dalam Tinjauan Fisik pada tahun 1958, untuk memperkuat frekuensi lebih tinggi inframerah dan cahaya tampak, dimana: "Laser prototipe [adalah untuk] dilengkapi dengan sepasang cermin, satu di setiap ujung rongga penguat. Foton panjang gelombang tertentu kemudian akan memantulkan cermin dan bergerak bolak-balik melalui media penguat. Dengan demikian, mereka pada gilirannya akan menyebabkan elektron lain untuk bersantai kembali ke keadaan dasar mereka, memancarkan lebih banyak foton dalam gelombang yang sama ... . "

LASER

Usulan Townes-Schawlow mengaduk Theodore Maiman dari Hughes Research Laboratory di Malibu, California, yang pada 16 Mei 1960, adalah yang pertama kali berhasil memperkuat radiasi dari spektrum yang terlihat: “Sumber cahaya, dalam bentuk lampu tabung flash yang kuat, menyinari kristal ruby ​​sintetis [dengan dua wajah paralel dilapisi dengan perak] yang menyerap energi di atas pita frekuensi yang luas. Energi optik ini menggerakkan atom ke keadaan energi yang lebih tinggi dari mana energi diradiasi dalam frekuensi yang sangat sempit. Atom yang tereksitasi digabungkan dengan resonator optik dan dirangsang untuk memancarkan radiasi bersama ... ”

Meskipun tidak ada cahaya terang yang terpancar dalam demonstrasi pertama kekuatan laser, seperti dicatat Townes, perangkat itu, bagaimanapun, adalah laser karena menghasilkan energi dengan: “Penyempitan yang ditandai rentang frekuensi yang dikandungnya. Ini hanyalah apa yang telah diprediksi [oleh kertas tahun 1958, dan merupakan] bukti nyata dari tindakan laser. Tak lama setelah itu, baik di laboratorium Mainman di Hughes dan di Schawlow's di Bell Laboratories di New Jersey, bintik-bintik merah terang dari sinar laser ruby ​​yang menabrak dinding laboratorium terlihat dan dikagumi. . . . "

Pertarungan Paten

Salah satu anggota awal tim Townes adalah mahasiswa pascasarjana Columbia University, Gordon Gould, yang menyusun sejumlah ide yang berkaitan dengan "memompa" atom ke keadaan energi yang lebih tinggi sehingga mereka akan memancarkan cahaya "untuk tesis lulusannya, yang ia bagikan dengan Townes. Bahkan, itu Gould yang pertama kali menciptakan frase Amplifikasi Cahaya oleh Emisi Radiasi Stimulasi (LASER).

Mengantisipasi bahwa ide-idenya akan dimasukkan ke dalam penelitian Townes, Gould mulai, pada tahun 1957, menyimpan catatan ide-idenya, bahkan melangkah lebih jauh dengan memiliki beberapa halaman buku catatannya yang disahkan. Ketika ide dan proposal mereka terkristalisasi, kedua kubu bergegas untuk melestarikan hak-hak mereka: “Gould mengajukan paten laser pada bulan April 1959 tetapi ini ditolak oleh Kantor Paten AS dalam mendukung paten maser optik Schawlow dan Townes (diberikan 1960) ...

Tidak semudah kedengarannya, Townes dan Schawlow telah mengajukan permohonan paten mereka, atas nama Bell Laboratories, sembilan bulan sebelum Gould mengajukannya. Bagaimanapun, setelah paten diberikan kepada Bell, "Perang Paten Tiga-Puluh Tahun", dimulai dengan Gould filing suit. Litigasi diseret, tetapi akhirnya, dimulai pada 1987, Gould mulai memenangkan permukiman atas klaim patennya. Pada akhir pertempuran hukum, Gould akhirnya diberikan "48 paten. . . untuk aspek laser yang berharga secara komersial. . . . "

Tinggalkan Komentar Anda