Laser funguje díky myšlence z roku 1917. Na první přístroj se čekalo 43 let
Rubínový krystal, xenonová výbojka a dvě zrcadla, to je úplný inventář prvního funkčního laseru. Přístroj, který dnes řeže ocel, přenáší data skrz oceánská optická vlákna a čte čárové kódy v každém obchodě, vznikl 16. května 1960 v laboratoři v kalifornském Malibu z překvapivě skromných součástek. Základní myšlenka za ním přitom pochází z roku 1917: mezi teoretickým popisem principu a prvním funkčním přístrojem uplynulo 43 let.
Foton, který „přesvědčí“ druhý
Laser produkuje světlo, jehož všechny fotony kmitají ve stejné fázi a na stejné vlnové délce, přímý opak žárovky, která chrlí fotony do všech stran v celé škále barev. Klíčem je Einsteinův objev z roku 1917 zvaný stimulovaná emise: pokud přiletí foton k atomu, jehož elektron je už „nabitý“ na vyšší energetické hladině, přiměje ho sestoupit a vyzářit druhý foton, přesně identický, se stejnou frekvencí, fází i směrem. Tehdy šlo čistě o teorii bez praktického využití.
Skládačka ze čtyř desetiletí
Než bylo možné o laseru uvažovat, musela se sejít celá řada poznatků: Planckova kvantová hypotéza z roku 1900 a Bohrův model atomu z roku 1913. Prvním praktickým krokem byl maser, příbuzný pracující s mikrovlnami. Charles Townes z Kolumbijské univerzity dokončil první funkční maser na přelomu let 1953 a 1954; nezávisle dospěli ke stejnému principu sovětští fyzici Alexandr Prochorov a Nikolaj Basov. Za tento objev všichni tři v roce 1964 obdrželi Nobelovu cenu za fyziku. Název „laser“, zkratka anglického Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, vymyslel Gordon Gould v roce 1957, kdy si své první myšlenky zapsal do zápisníku a nechal jej notářsky ověřit. S podáním patentu však otálel do roku 1959; Townes se švagrem Arthurem Schawlowem podali přihlášku dřív a spor o patenty se táhl přes dvě desetiletí, Gould nakonec zvítězil v roce 1987.
16. května 1960: rubínový záblesk
Theodore Maiman pracoval v Hughesových výzkumných laboratořích v Malibu. Jeho laser byl konstrukčně jednoduchý: syntetický rubínový krystal obklopený xenonovou výbojkou, na obou koncích zrcadla, jedno plně stříbrné, druhé polopropustné. Když výbojka blikla, elektrony v chromových atomech se dostaly do stavu inverze populace, nezbytné podmínky pro fungování laseru. Fotony se odrážely mezi zrcadly, spouštěly řetězovou reakci, která je dále zesilovala, až část unikla polopropustným zrcadlem jako červený paprsek o vlnové délce 694,3 nanometru. Maimanův laser však uměl jen pulzovat: rubín je tříhladinový systém, kde elektrony po vyslání fotonu zaplavují základní hladinu a inverze zaniká. Kontinuální paprsek vyžaduje čtyřhladinové uspořádání.
Hned téhož roku: nepřetržitý paprsek a další generace
13. prosince 1960 postavili Ali Javan, William Bennett Jr. a Donald Herriott v Bell Labs první plynový laser ze směsi helia a neonu. Pracoval na čtyřhladinovém principu a jako první emitoval kontinuální paprsek. V roce 1962 přidal Robert Hall z General Electric polovodičový laser, jehož přímí nástupci pohánějí laserové tiskárny a rozvádějí data skrz optická vlákna. Kumar Patel v Bell Labs vynalezl v roce 1964 laser na bázi oxidu uhličitého, základ průmyslového řezání a svařování.
Jedna opravená legenda na závěr
Traduje se, že Maimanův první článek byl odmítnut, protože vědecký svět nebyl připraven uvěřit v laser. Střízlivější výklad hovoří o běžném redakčním procesu, nikoli o odporu k inovaci; článek nakonec vyšel ve zkrácené podobě v časopise Nature. Prvního širokého komerčního nasazení se laser dočkal v supermarketech: první čtečky čárových kódů pracovaly s helium-neonovým laserem firmy Spectra Physics, přímým potomkem Javanova přístroje z roku 1960.