Laser a maser — sovětská kvantová revoluce

Kon­text a autor

Na po­čát­ku 50. let došly dvě ne­zá­vis­lé sku­pi­ny — so­vět­ská (Basov–Pro­cho­rov ve FIAN) a ame­ric­ká (Char­les Townes na Ko­lum­bij­ské uni­ver­zi­tě) — ke stejné myš­len­ce: využít sti­mu­lo­va­nou emisi atomů k ze­sí­le­ní elek­tro­mag­ne­tic­kých vln. So­vět­ští vědci pu­b­li­ko­va­li první práci v roce 1952, pří­stroj v roce 1954. Townes se­stro­jil maser v témže roce 1954 ne­zá­vis­le.

O 6 let poz­dě­ji se­stro­jil The­o­do­re Maiman v Ka­li­for­nii první op­tic­ký maser — to, co se poz­dě­ji na­zva­lo la­se­rem (Light Am­pli­fi­cati­on by Sti­mu­la­ted Emis­si­on of Ra­di­ati­on). Prin­cip zůstal stejný, ale Basov a Pro­cho­rov po­lo­ži­li te­o­re­tic­ký základ. V roce 1964 to No­be­lův výbor uznal a roz­dě­lil cenu rovným dílem mezi so­vět­ské a ame­ric­ké­ho fyzika.

Basov a Pro­cho­rov: Ni­ko­laj Basov (1922–2001), FIAN; Ale­xan­dr Pro­cho­rov (1916–2002), FIAN, ře­di­tel IOFAN; oba — ab­sol­ven­ti fy­zi­kál­ní fa­kul­ty MGU; 1955 — první spo­leč­ná před­náš­ka; 1964 — No­be­lo­va cena za fyziku; oba — dvoj­ná­sob­ní Hr­di­no­vé so­ci­a­lis­tic­ké práce.

Jak to fun­gu­je

Laser vy­u­ží­vá efekt sti­mu­lo­va­né emise, te­o­re­tic­ky po­psa­ný už Ein­stei­nem v roce 1917: atom vy­bu­ze­ný svět­lem určité frek­ven­ce vyzáří druhý foton ve stejné fázi. Umís­tí­me-li mnoho vy­bu­ze­ných atomů mezi dvě zr­ca­dla — fotony se od­rá­že­jí sem a tam a nutí vy­za­řo­vat stále více atomů ve fázi. Vzniká ko­he­rent­ní, mo­nochro­ma­tic­ký pa­prsek světla.

Basov a Pro­cho­rov to poprvé usku­teč­ni­li pro mi­k­ro­vl­ny (maser). Jejich první pří­stroj po­u­ží­val mo­le­ku­ly čpavku a pra­co­val na frek­ven­ci 24 GHz. Bylo to ne­u­vě­ři­tel­ně přesné za­ří­ze­ní — základ ato­mo­vých hodin a ul­tra­cit­li­vé ra­di­o­astro­no­mie.

Kde dnes laser pra­cu­je

• Me­di­cí­na. La­se­ro­vá oční chi­rur­gie (LASIK), od­stra­ňo­vá­ní nádorů, sto­ma­to­lo­gie, der­ma­to­lo­gie. Přes­nost ne­do­sa­ži­tel­ná skal­pe­lem.
• Op­tic­ká vlákna. Dnešní in­ter­net je světlo laseru běžící ten­ký­mi skle­ně­ný­mi vlákny napříč oceány.
• Prů­my­sl. La­se­ro­vé řezání kovů, 3D tisk, čtečky čá­ro­vých kódů, čtečky Blu-ray, ho­lo­gra­my na ban­kov­kách.
• Vesmír a obrana. La­se­ro­vé dál­ko­mě­ry, na­vá­dě­cí sys­témy, la­se­ro­vá ko­mu­ni­ka­ce mezi dru­ži­ce­mi.

Spo­je­ní s Českem

Česká vě­dec­ká škola patří k nej­sil­něj­ším v Evropě v la­se­ro­vé fyzice. Fy­zi­kál­ní ústav Aka­de­mie věd ČR v Praze se podílí na me­zi­ná­rod­ních pro­jek­tech ELI Be­amli­nes — nej­vět­ším la­se­ro­vém za­ří­ze­ní ex­trém­ní­ho výkonu na světě, ote­vře­ném v Dol­ních Bře­ža­nech v roce 2018.

V 70.–80. letech čeští fy­zi­ko­vé ak­tiv­ně spo­lu­pra­co­va­li s FIAN ve vý­zku­mu po­lo­vo­di­čo­vých laserů. Tesla Praga vy­rá­bě­la podle so­vět­ských li­cen­cí první čes­ko­slo­ven­ské la­se­ro­vé dál­ko­mě­ry pro ge­o­dé­zii.

Čtěte také