16 maja upływa pół wieku od wynalezienia lasera – urządzenia, które przekształciło światło w uniwersalne narzędzie, zrewolucjonizowało rozwój nauki i techniki oraz podniosło standard życia miliardów ludzi.
Pierwszy błysk światła laserowego pojawił się w kalifornijskim laboratorium Theodore’a Maimana. Stało się to 16 maja 1960 roku. Już od pierwszych chwil laser i emitowane przez niego wiązki światła budziły wielkie zainteresowanie, lecz nikt się nie spodziewał, że ten egzotyczny wynalazek wkrótce podbije świat. - Lasery są obecnie stosowane w tak wielu dziedzinach, że często nie zdajemy sobie sprawy z faktu używania produktów lub technologii, które bez nich nie mogłyby istnieć – mówi prof. dr hab. Czesław Radzewicz z Narodowego Laboratorium Technologii Kwantowych. Tę niezwykłą karierę lasery zawdzięczają unikatowym cechom emitowanego przez nie światła.
Fotony pochodzące z typowych źródeł, np. z żarówki, świetlówki lub Słońca, niosą różne energie i lecą w dowolnych kierunkach. Nieco podobnie zachowują się ludzie spacerujący po dużym placu: każdy jest nieco inaczej ubrany i idzie dokąd chce, w odpowiadającym tylko jemu rytmie. Na plac może jednak wejść wojskowa defilada. Wszyscy żołnierze mają te same mundury, idą wyprostowani, zgodnym krokiem, w tę samą stronę. Światło laserowe ma podobną organizację: tworzące je fotony poruszają się w jednym kierunku (wiązka jest skolimowana), niosą niemal identyczną energię (są monochromatyczne), związane z nimi fale świetlne drgają w tej samej płaszczyźnie (spolaryzowane liniowo), a ich grzbiety i doliny są zsynchronizowane (są zgodne w fazie - koherentne).
Tak uporządkowane światło okazało się idealnym narzędziem dla naukowców i inżynierów. Monochromatyczność pozwala selektywnie oddziaływać na wybrane rodzaje atomów i cząsteczek. Za pomocą wiązek laserowych dokonuje się najbardziej precyzyjnych pomiarów fundamentalnych wielkości, takich jak odległość i czas. Światło laserowe daje się też przetwarzać: można zmieniać jego częstotliwość, wzmacniać, ogniskować na mikroskopijnych powierzchniach i „upakować” w ultrakrótkie impulsy, trwające zaledwie milionowe części jednej miliardowej sekundy. Już pierwszy cykl pola elektrycznego w takim impulsie wyrzuca z atomu wszystkie elektrony – opisuje dr Yuriy Stepanenko z Centrum Laserowego Instytutu Chemii Fizycznej PAN. Ultrakrótkie impulsy są więc świetnymi narzędziami do obróbki materiałów, w tym tych najtwardszych: diamentów.
Po zaledwie 50 latach od wynalezienia, trudno sobie wyobrazić dziedzinę życia, w której lasery nie byłyby obecne. Umożliwiają przeprowadzanie operacji chirurgicznych w warunkach idealnej sterylności, pomagają korygować wzrok, leczą stany zapalne, usuwają blizny i znamiona skóry, są nawet stosowane do depilacji. W przemyśle używa się ich do cięcia i spawania, w telekomunikacji do przesyłania informacji za pomocą światłowodów. Zbudowane dzięki nim optyczne zegary atomowe mylą się mniej niż sekundę na miliardy lat. Lasery działają w pracowniach mikroskopowych i spektroskopowych. Potrafią schłodzić substancje do temperatur bliskich zeru bezwzględnemu lub rozgrzewać do tak wysokich, że naukowcy pracują nad ich wykorzystaniem do generowania dużych ilości energii za pomocą kontrolowanej fuzji termojądrowej. Dzięki laserom powstała holografia, technika zapisu obrazu przestrzennego, stosowana także do przechowywania dużych ilości danych i oznaczania markowych produktów. Lasery są używane do skanowania trójwymiarowego przedmiotów, wnętrz i całych budynków, a laserowe radary – lidary – monitorują zanieczyszczenia atmosfery.
Przemysław Goławski,
na podstawie materiałów Narodowego Laboratorium Technologii Kwantowych
nltk.fuw.edu.pl
