¿La historia de la invención del láser?
La invención del láser
La invención del láser es un logro importante de la ciencia y la tecnología del siglo XX. Permite a las personas controlar finalmente el proceso de luminiscencia de moléculas y átomos con escalas extremadamente pequeñas, números enormes y movimientos extremadamente caóticos, obteniendo así la capacidad de generar y amplificar rayos infrarrojos, rayos visibles y rayos ultravioleta (e incluso rayos X) coherentes. y rayos gamma). El auge de la ciencia y la tecnología del láser ha llevado la comprensión y utilización de la luz por parte de la humanidad a un nuevo nivel.
La historia del nacimiento del láser se puede dividir a grandes rasgos en varias etapas, entre las que el concepto de emisión estimulada propuesto por Einstein en 1916 constituye su importante base teórica. Esta teoría señala que cuando una partícula material en un estado de alta energía es afectada por un fotón con una energía igual a la diferencia de energía entre los dos niveles de energía, se transformará en un estado de baja energía y producirá un segundo fotón, que se emite al mismo tiempo que el primer fotón. Esta es radiación estimulada. La luz emitida por esta radiación se amplifica y es luz coherente, es decir, la dirección de emisión, la frecuencia, la fase y la polarización de múltiples fotones son exactamente las mismas.
Desde entonces, el establecimiento y desarrollo de la mecánica cuántica ha proporcionado a las personas una comprensión más profunda de la microestructura y las leyes del movimiento de la materia, y también han aportado cuestiones como la distribución del nivel de energía, las transiciones y la radiación de fotones de las partículas microscópicas. La prueba también mejora objetivamente la teoría de la emisión estimulada de Einstein y sienta además las bases teóricas para la generación de láseres. Después del nacimiento de la electrónica cuántica a finales de la década de 1940, se utilizó rápidamente para estudiar la interacción entre la radiación electromagnética y varios sistemas de partículas microscópicas, y se desarrollaron muchos dispositivos correspondientes. El rápido desarrollo de estas teorías y tecnologías científicas ha creado las condiciones para la invención de los láseres.
Si el número de partículas de un sistema en estado de alta energía es mayor que el número de partículas en estado de baja energía, se produce una inversión del número de partículas. Entonces, mientras haya un fotón, un átomo en un estado de alta energía se verá obligado a estimular la radiación del mismo fotón, y estos dos fotones activarán otros átomos para estimular la radiación, logrando así la amplificación de la luz si El efecto de retroalimentación; La cavidad resonante apropiada formará una oscilación óptica, emitiendo así luz láser. Así funcionan los láseres. En 1951, los físicos estadounidenses Purcell y Pound provocaron con éxito una inversión del número de partículas en un experimento y obtuvieron una radiación estimulada de 50 kilohercios por segundo. Posteriormente, el físico estadounidense Charles Towns y los físicos soviéticos Masov y Prokhorov propusieron sucesivamente diseños que utilizan el principio de emisión estimulada de átomos y moléculas para generar y amplificar microondas.
Sin embargo, la mayor parte de la teoría de la espectroscopia de microondas y la investigación experimental mencionadas anteriormente eran "ciencia pura" y en ese momento aún no estaba claro si el láser podría desarrollarse con éxito.
Pero los esfuerzos de los científicos finalmente dieron sus frutos. En 1954, el físico estadounidense Townes finalmente construyó el primer máser de haz molecular de amoníaco, sentando con éxito un precedente en el uso de sistemas moleculares y atómicos como amplificadores u osciladores coherentes para la radiación de microondas.
El máser de microondas desarrollado por Townes y otros solo producía microondas con una longitud de onda de 1,25 cm y la potencia era muy pequeña. La necesidad de un desarrollo continuo de la producción y la tecnología lleva a los científicos a explorar nuevos mecanismos de luminiscencia para producir nuevas fuentes de luz con un rendimiento excelente. En 1958, Townes y su cuñado Arthur Shorlow combinaron el conocimiento teórico de los máseres de microondas con la óptica y la espectroscopia, propusieron la sugerencia clave de utilizar una cavidad resonante abierta y evitaron la coherencia y direccionalidad del láser, ancho de línea. y ruido y otras propiedades. Durante el mismo período, Basov, Prokhorov y otros también propusieron una solución principal para lograr la emisión estimulada de amplificación de luz.
Desde entonces, muchos laboratorios de todo el mundo han participado en una feroz competencia de desarrollo para ver quién puede construir y operar con éxito el primer láser del mundo.
En 1960, el físico estadounidense Theodore Maiman ganó por los pelos la carrera mundial para desarrollar el dispositivo en su laboratorio de investigación de Miami, Florida. Utilizó un tubo de destello de alta intensidad para estimular los átomos de cromo en el cristal de rubí, produciendo así un haz de luz roja muy concentrado y delgado que, dirigido a un punto determinado, podía hacer que ese punto alcanzara una temperatura superior a la de el sol.
El "Diseño Maiman" causó conmoción y sospecha en la comunidad científica, porque lo que los científicos han estado observando y esperando con ansias es el láser de helio-neón.
Aunque Maiman fue el primer científico en introducir el láser en campos prácticos, el debate en los tribunales sobre quién inventó esta tecnología causó una gran controversia. Uno de los contendientes fue Gordon Gould, el inventor de la palabra "láser" (abreviatura de "emisión estimulada de amplificadores ópticos"). Acuñó el término en 1957 mientras trabajaba en su doctorado en la Universidad de Columbia. Al mismo tiempo, Townes y Schowlow, los inventores del máser, también desarrollaron el concepto de láser. Tras la decisión final del tribunal, Townes se convirtió en el ganador porque el trabajo escrito de la investigación fue nueve meses anterior al de Gould. Pero el derecho de Maiman a inventar el láser permaneció intacto.
En diciembre de 1960, el científico estadounidense nacido en Irán Jawan finalmente logró fabricar y operar el primer láser de gas del mundo, un láser de helio-neón. En 1962, tres grupos de científicos inventaron casi simultáneamente el láser semiconductor. En 1966, los científicos desarrollaron un láser de colorante orgánico cuya longitud de onda podía ajustarse continuamente dentro de un rango. Además, se han lanzado uno tras otro láseres químicos con gran energía de salida y alta potencia, que no dependen de la red eléctrica.
Debido a las diversas características destacadas de los láseres, se utilizaron rápidamente en la industria, la agricultura, la medición y detección de precisión, el procesamiento de información y comunicaciones, el tratamiento médico, el ejército y otros aspectos, y causaron revoluciones en muchos campos. descubrimiento. Por ejemplo, las personas pueden usar la energía concentrada y extremadamente alta del láser para procesar diversos materiales y pueden perforar 200 agujeros en una aguja como una especie de láser, lo que puede causar estimulación, mutación, quemaduras, vaporización y otros efectos en los organismos biológicos; El método ha logrado buenos resultados en aplicaciones prácticas en medicina y agricultura; en el campo de las comunicaciones, un cable óptico que utiliza columnas láser para transmitir señales puede transportar la cantidad de información equivalente a 20.000 cables de cobre telefónicos que se utilizan en el ejército; Además de utilizarse en comunicaciones, visión nocturna, alerta temprana, medición de distancias, etc., también se han puesto en práctica una variedad de armas láser y armas guiadas por láser.
En el futuro, con la mayor investigación y desarrollo de la tecnología láser, el rendimiento y el costo de los láseres se reducirán aún más, pero su alcance de aplicación seguirá expandiéndose y desempeñará un papel cada vez más importante.
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