Egyetem

Lézer – múlt, jelen, jövő 1. rész + KÉPEK

Lézer – múlt, jelen, jövő 1. rész + KÉPEK

2011. február 1., kedd
Lézer – múlt, jelen, jövő 1. rész + KÉPEK

A felfedezéstől a nappali szobáig

A szegedi ELI-projekt kapcsán politikusok és gazdasági szakemberek sokat nyilatkoztak, azonban magával a programmal, a lézerekkel kapcsolatban jóval kisebb a publicitása a programnak. Az SZTE Fizikus Tanszékcsoportja által rendezett Fizika Napja alkalmából a lézerekről és az ELI-ről gyűjtöttük csokorba a tudnivalókat és Szabó Gábor akadémikussal, az SZTE rektorával is beszélgettünk a témáról.
„A sikeres kutatáshoz nem kell mindent tudnod. Elég egyetlen dolgot, azt, ami korábban ismeretlen volt.” A. Schawlow
A lézer szó az angol LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – fényerősítés kényszerített fénykibocsátás útján) betűszóból ered. A lézer egy olyan fényforrás, amely indukált emissziót használ egybefüggő fénysugár létrehozására. Ekkor valamilyen gázt, folyadékot, vagy szilárd anyagot energia befektetésével gerjesztett állapotba hozunk. Az atom alapállapotba való visszatérésekor a gerjesztett atomból egy foton repül ki és ennek a fotonnak pontosan akkora energiája van, mint amekkora energiakülönbség volt a gerjesztett és az alapállapotú atom között. Az anyagok elektromos kisülésekkel, kémiai úton, illetve fény- vagy egyéb elektromágneses impulzusokkal hozhatók gerjesztett állapotba. A kényszerített emisszió során keletkező erősödő fénynek négy alaptulajdonsága van: terjedési iránya, hullámhossza, rezgési fázisa és rezgési síkja azonos az erősítőbe belépő nyalábéval. Az eredmény egy tökéletesen rendezett nyaláb, amelyet koherens nyalábnak is szoktak nevezni. A koherens nyaláb széttartása rendkívül kicsi. A Földtől közel 380 ezer km-re lévő Holdra juttatott lézernyaláb átmérője például alig lesz nagyobb, mint ötven méter. A nyaláb másik kedvező tulajdonsága, hogy a lézer energiája egy megfelelő lencsével nagyon kis foltra – nagyjából egy tízmilliomod mm2-re – is fókuszálható. A lézerek energiája kis térrészben koncentrálódik, ezért a lézerfény teljesítménysűrűsége a megszokott fényforrásokénak sokszorosa lehet.

A lézer múltja: „...nevetségesen egyszerű...”

A lézer létrejöttében nagy szerepe volt a II. világháborúnak, melyet a mondás szerint a radar nyert meg és az atombomba fejezett be. Ekkor a technikának már igen nagy és jelentős szerep jutott, a lézerkutatásnak pedig mintegy előszobája volt a Manhattan-projekt, ahol sok helyen, sok tudós munkálkodott egy azon cél érdekében. A 40-es évek végére a mikrohullámú területen nagy sikereket értek el, melyek további munkára ösztönözték a kutatókat. 1954-ben az USA-ban Townes, Gordon, Zeiger alkotta meg az első „maser”-t – mikrohullámok segítségével –, majd az optika felé fordult a fejlesztés. A működési elvet leíró első szabadalom Gould nevéhez fűződik, az ő jegyzetlapján olvasható először a „laser” szó. Sajnos – ironikus módon – 30 évig pereskedett szabadalmáért. De Moszkvában is sikeres kísérleteket folytattak, így tulajdonképpen csak a szerencsének köszönhető, hogy ki jelentette be elsőként a felfedezést. A lézer már fél évszázados múltra tekint vissza, hiszen 1960. május 16-án az amerikai Theodore H. Maiman írta le először az általa megalkotott impulzus üzemű rubinlézer működését. Eleinte Maiman szomorú volt, hogy találmányát „halálsugárnak” nevezték, miután egy újságíró tévedésből a sci-fi felfedezéseként tette közzé. „Nem tudok olyan esetet, amikor a lézer embert ölt volna, ráadásul véletlenül” – mondta később, miután módszere már széles körben elterjedt. „Ennek ellenére több olyan embert is ismerek, akit lézerrel gyógyítottak meg.” Maiman 1960. május 16-án, a kaliforniai Hughes Research Laboratory épületében – miután fogott egy villanólámpát, valamint egy rubinkristályt – kiáltotta azt, hogy „heuréka”, az eredményül kapott találmányt pedig „nevetségesen egyszerűnek” titulálta. A gyakorlatban ez úgy nézett ki, hogy a rubinrúd merőlegesre csiszolt végeit beezüstözte, és a rudat villanólámpával – közkeletűbb nevén vaku – gerjesztette. Azt vette észre, hogy a kibocsátott fény spektrumában az egyik vonal – szín – kierősödött, sokszorosára nőtt az intenzitása egy másik közeli vonalhoz képest. Ez a fizikusok számára már egyértelmű jele volt a ma már lézernek nevezett folyamatnak. Ezt követően a kutatások felgyorsultak, a laboratóriumból „kilépett” a lézer. Arthur L. Schawlow rubinlézere, Peter Sorokin kalcium-fluor lézere után Javan W. Bennet megalkotta a hélium-neon lézert, mely az első közforgalmú lézernek is tekinthető.

A lézer jelene: a távirányítótól a lézervezérlésű bombáig

A laboratóriumok, kutatóintézetek mellett ma már az élet szinte minden szegletében találkozhatunk a lézerrel: a CD-lemezjátszótól, az áruházi vonalkód-leolvasóig, a rendőrségi sebességmérő kamerától, az internetvonalakig ott van mindennapjainkban, a boltokban és a raktározás során a vonalkód-leolvasókban is megtalálhatók. Az anyagmegmunkálás során 10 W teljesítményű ipari lézereket alkalmaznak, a haditechnikában lézeres irányítású bombákat használnak, de a bűnüldözésben sokszor a lézer segít szinte láthatatlan ujjlenyomatok felismerésében, vagy lézeres gázdetektor „elektronikus orr”-ként ismeri fel a szagnyomokat, az irodákban pedig lézernyomtatók dolgoznak. Az orvostudományban manapság már természetesnek számítanak a lézerszikék, melyekkel akár egytized milliméteres pontossággal tudnak hajszálerekkel sűrűn ellátott szerveken is – agy, máj, szem – beavatkozásokat végezni, mert a pontosság mellett ezeket a vékony erecskéket a lézer hője le is zárja. A mikroelektronikában mindinkább tért hódít az alkalmazása, de az autóipar számos területén jelölnek, vágnak, hegesztenek vele. A következő részben: A lézer jövője és az ELIForrás:Természet világa: Ötven éves a lézer I.Természet világa: Ötven éves a lézer II.ELI Projekt
Vágólapra másolva!

Portfóliónk minőségi tartalmat jelent minden olvasó számára. Egyedülálló elérést, országos lefedettséget és változatos megjelenési lehetőséget biztosít. Folyamatosan keressük az új irányokat és fejlődési lehetőségeket. Ez jövőnk záloga.