V letech druhé světové války se začaly používat radiolokátory (neboli radary), které pomocí odrazu elektromagnetických vln velmi malé vlnové délky - tzv. mikrovln - umožňovaly zjišťovat polohu nepřátelských letadel. Po válce vývoj pokračoval a konstruktéři hledali způsob, jak zlepšit parametry mikrovlnných vysílačů a přijímačů. Fyzikové se vrátili k Einsteinově myšlence stimulované emise záření. Prakticky současně dosáhli úspěchu vědci v tehdejším Sovětském svazu a ve Spojených státech. V roce 1954 vznikly v moskevském Fyzikálním ústavu akademie věd SSSR (N. G. Basov a A. M. Prochorov) a na Kolumbijské univerzitě v New Yorku (Ch. H. Townes) první kvantové generátory mikrovlnného záření. Tyto přístroje dostaly jméno maser, odvozené z počátečních písmen názvu Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation (zesilovač mikrovln pomocí stimulované emise záření).

Základem maseru byla komůrka se čpavkovou náplní, vložená do silného elektrického pole. Molekuly čpavku tak v dutině získaly energii, nutnou ke vzniku stimulované emise. Maser sloužil k zesilování velmi slabých mikrovlnných signálů nebo ke generování mikrovln. Hlavními výhodami maseru byla zejména nízká úroveň šumu a vysoká stabilita kmitočtu. Maser umožnil astronomům zesilovat i velmi slabé signály přicházející k nám z vesmíru. Stal se také nejpřesnějšími hodinami (tzv. atomové hodiny) s teoretickou odchylkou jedné vteřiny za několik miliónů let.
 
Od čpavkového maseru už byl jen krůček k sestrojení kvantového zesilovače, pracujícího místo mikrovln se stimulovanou emisí světla. Do cíle se jako první dostal Theodore Maiman. Musel však nejprve vyřešit tři základní technické problémy:

• jaké použít aktivní prostředí, v němž by docházelo ke stimulované emisi
• jak zajistit, aby atomy aktivního prostředí přešly na vyšší energetickou hladinu (excitace, buzení atomů)
• jak zajistit, aby v aktivním prostředí docházelo ke stimulované emisi záření

Maiman všechny tři problémy úspěšně vyřešil a v létě roku 1960 získal první červené paprsky laserového světla. Jeho kvantový generátor dostal jméno laser, opět jako zkratka názvu Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (zesilovač světla pomocí stimulované emise záření). Prototyp laseru byl sice velmi primitivní, ale i dnešní nejmodernější a nejvýkonnější lasery vycházejí z jeho sestavy:
 
1) jako aktivní prostředí byl vybrán krystal syntetického rubínu
2) buzení atomů na vyšší energetickou hladinu se provádělo krátkými světelnými záblesky výbojky
3) k zesílení světla stimulovanou emisí docházelo mezi dvěma rovnoběžnými zrcadly
 
Krátce po prvním rubínovém laseru začaly vznikat další a další typy. Lišily se nejen aktivním prostředím, ale i způsobem buzení, výkonem a dalšími vlastnostmi a parametry. Začal věk kvantové optiky ...

---

Hlavní mezníky ve vývoji laserové techniky

• 1917 Albert Einstein předpovídá, že kromě absorpce a emise záření existuje ještě stimulovaná emise, při níž dochází k zesílení světla, procházejícího látkou.
• 1928 Poprvé byla stimulovaná emise pozorována R. Ladenburgem a H. Kopfermannem v plynu.
• 1940 Sovětský fyzik V. A. Fabrikant navrhl využít stimulovanou emisi v plynném prostředí k zesilování světla.
• 1947 Britsko-maďarský vědec D. Gabor vypracoval teorii holografie.
• 1954 Sovětští fyzikové N. G. Basov a A. M. Prochorov a americký fyzik Ch. H. Townes položili základy novému fyzikálnímu oboru - kvantové elektronice. Byl sestrojen první maser, ve kterém docházelo ke vzniku mikrovlnného záření molekul čpavku. V následujících letech vznikla řada maserů různých typů.
• 1958 Američtí vědci A. L. Schawlow a jeho švagr Ch. H. Townes publikovali v odborném časopise Physical Review článek "Infračervený a optický maser". V něm navrhli konstrukci optického kvantového generátoru, později nazvaného "laser".
• 1960 Theodore H. Maiman, pracující v laboratořích firmy Hughes Aircraft, zkonstruoval první laser, jeho aktivní látkou byla tyčinka ze syntetického rubínu. Vydával červené světlo o vlnové délce 694,3 nanometrů.
• 1960 A. Javan, W. Bennett a D. Herriott sestrojili první plynový laser, aktivní látkou byla směs hélia a neonu. Vlnová délka jeho světla byla 1150 nanometrů. Začal bouřlivý vývoj různých typů laserů a hledání jejich využití.
• 1962 Vznikly první polovodičové lasery, využívající přechodu p-n (R. Hall). Musely být chlazeny kapalným dusíkem na teplotu -196 °C.
• 1964 Basov, Prochorov a Townes obdrželi Nobelovu cenu za fyziku jako ocenění zásluh o vznik a rozvoj kvantové elektroniky.
• 1964 Kumar Patel sestrojil první výkonný laser s oxidem uhličitým jako aktivní látkou, vlnová délka záření 1060 nanometrů.
• 1964 První neodymový laser (Nd:YAG) uvedli do provozu J. F. Geusic a R. G. Smith.
• 1965 První chemický laser, ve kterém dochází k buzení energií, uvolněnou při chemických reakcích.
• 1965 Pomocí laserového světla byly vytvořeny první hologramy (D. Gabor a další).
• 1971 I. Hayashi a M. Panish zkonstruovali první polovodičový laser, pracující při pokojové teplotě.
• 1975 První excimerový laser s excitovanými molekulami xenonu.
• 1983 V USA byl uveden do provozu první excimerový laser, pracující v ultrafialové oblasti (vlnová délka 193 nanometrů).

---

1. kapitola

Začátek článku

Obsah