Allerede i 1916 beskrev Albert Einstein muligheden for stimuleret emission, hvor et exciteret atom passerer igennem et elektromagnetisk strålingsfelt og derved forstærker strålingsintensiteten.
Laser, klasse af lysgivere hvor lysudsendelsen sker gennem et kollektivt samspil mellem et stort antal atomare i modsætning til konventionelle lysgivere, hvor hver partikel udsender lys uafhængigt af de øvrige.
Maseren, – den første laser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation).
Laser, (Lightwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation)
Forbindelsen mellem den elektrotekniske og den atomfysiske udvikling blev skabt i 1950’erne af den amerikanske fysiker C.H. Townes og uafhængigt heraf af de to sovjetiske fysikere N.G. Basov og A. Prokhorov.
Under sit arbejde med at generere mikrobølger med bølgelængder på under 1 mm fik Townes den idé at benytte stimuleret emission fra ammoniakmolekyler til forstærkning. Det førte i 1954 til ammoniakmaseren.
Selvom denne første udnyttelse af et atomart system til kohærent forstærkning skete i mikrobølgeområdet, indså Townes, at der intet principielt var til hinder for at benytte samme idé i det optiske område, og sammen med A.L. Schawlow opstillede han i 1958 betingelsesligningerne for en optisk maser, dvs. en lyskilde, der bygger på samme princip som ammoniakmaseren, men som udsender synligt lys.
Startskuddet var hermed givet til et intenst kapløb om som den første at bringe idéen til udførelse.
Det blev vundet af T.H. Maiman.
Theodore Harold Maiman (1927-2007), amerikansk fysiker født i Los Angeles. Da faren Abe Maiman fik tilbudt job som elektronikingeniør i Denver, flyttede familien i 1930 til Colorado.
I en tidlig alder begyndte Theodore at eksperimentere med elektronik. Faderen oprettede et laboratorium i kælderen og introducerede ham til en verden af teknologi og fik derved stor indflydelse på Theodores passion for elektronik.
Theodore Maiman blev indkaldt til hæren, hvor han arbejdede med radar og kommunikation og blev efterfølgende indskrevet på University of Colorado, hvor han afgik med en Bachelor of Science in Engineering and Physics (BSc).
Han fortsatte på Standford University og fik i 1951 en Master of Science in Electrical Engineering (MS), og senere i 1955 en ph.d. i fysik.
Hans ph.d. afhandling omfattede eksperimental fysik, som involverede detaljerede mikrobølge-optiske målinger af fine strukturelle spaltninger i helium atomer.
I 1956 startede han på Hugh Research Laboratory i Miami, hvor han ledede maserens re-design projekt for den amerikanske hær Signal Corps, og hvor han med stor success forbedrede maserens ydeevne og design.
Som resultat af dette fik Maiman overtalt ledelsen til at investere og støtte hans laser-projekt. Med et budget på $ 50.000 lykkedes det Maiman at udvikle en laser baseret på hans eget design med en syntetisk rubinkrystal.
I 1960 præsenterede Maiman menneskehedens første laser.
Ved hjælp af en rubinkrystal med spejlbelagte endeflader som resonansrum blev glimt af hvidt, inkohærent lys konverteret til en pulserende stråle af monokromatisk, kohærent lys. En del af hemmeligheden var, at han baserede sig på velkendte dele, som han ”blot satte korrekt sammen”.
Maiman ville publicere sin opfindelse i det ansete amerikanske tidsskrift Physical Review, hvis redaktion imidlertid ikke havde øje for det epokegørende i hans resultater – artiklen blev afvist, men blev i stedet offentliggjort i det britiske Nature august 1960.
Townes, Basov og Prokhorov delte nobelprisen i fysik i 1964, mens Schawlow fik den i 1981.
Maiman, som døde i 2007, modtog aldrig denne hædersbevisning.
Det amerikanske militær havde siden maserens (laserens forgænger) frembrud vist interesse inden for mikrobølger til at gøre deres radar og kommunikationsudstyr mere sensitivt. Efter Theodore Maiman i 1960 præsenterede den første laser, boomede laboratorierne rundt omkring i verden med forsøg på at udvikle lasere og lave nye typer.
I 1962 grundlagde Maiman sit eget firma, Korad Corporation, som blev førende inden for forskning, udvikling og fremstilling højenergilasere.
I 1977 blev han tilknyttet TRW Electronics i Californien. Den første laser Maiman konstruerede i 1960, udsendte rødt lys, men laserprincippet kan realiseres over et bølgelængdeområde, der rækker fra mikrobølger til røntgenstråling.
Der er nu udviklet en lang række forskellige lasertyper med vidt forskellige egenskaber, og den lyseffekt, der kan genereres, er vokset dramatisk
Laseren har medvirket til at ændre vort verdensbillede.
I 1970 lykkedes det at fremstille en halvlederlaser, der arbejder kontinuert ved stuetemperatur. Den kunne masseproduceres og blev en afgørende forudsætning for optisk kommunikation og dermed for informationssamfundet.
Derimod har visionerne om laserens muligheder i militær sammenhæng vist sig urealistiske, idet grundlæggende fysiske principper altid har stået i vejen for idéer om laseren som det ultimative dødsstrålevåben.
Grundelementet i en laser er et aktivt medium, der ved stimuleret emission mellem to energiniveauer – det øvre og det nedre laserniveau – kan forstærke stråling inden for et bestemt bølgelængdeområde.
Det aktive medium anbringes i en optisk resonator, der normalt består af to spejle anbragt over for hinanden. På denne måde kan den forstærkede stråling passere mange gange frem og tilbage, således at intensiteten vokser til et niveau, hvor næsten alle atomer afleverer deres energi til lyset ved stimuleret emission.
Det ene spejl tillader en lille del af strålingen at passere, således at lys kan kobles ud af laseren.
Medicinske anvendelser omfatter fx operationer i blodrige organer, hvor blodtabet kan reduceres, idet små blodkar automatisk lukkes ved varmepåvirkningen.
Laserbehandling af øjensygdomme har vundet udstrakt anvendelse, idet øjets opbygning som optisk instrument bevirker, at laserstråler udefra kan nå ind til næsten alle øjets væv uden at beskadige de strukturer, der passeres på vejen. Der anvendes flere forskellige lasertyper.
Siden slutningen af 1960’erne har nethindeforandringer ved sukkersyge været genstand for fotokoagulationsbehandling med laser. Laserbehandling af nethinden foregår som regel gennem et kontaktglas anbragt direkte på hornhinden. Antallet af laserspor kan variere fra ganske få til flere tusinde.
Laseren bruges til at skære som en skalpel; den er meget præcis, hvorfor man undgår at invadere tilstødende væv. Laseren kauteriserer, hvilket minimerer blødning så kirurgen har en bedre visualisering af operationsstedet, væv heler hurtigere, og der er mindre hævelse og ardannelse, og proceduren tager mindre tid.
Laserbehandling til behandling af forskellige smertetilstande i bevægeapparatet og til fremme af sårheling har siden 1960’erne været anvendt af læger og fysioterapeuter.
Oftest anvendes en helium-neon-laser, og der gives enten en kontinuerlig eller en pulserende behandling.
Laserbehandling af huden udnytter laserlysets evne til at fremkalde en specifik destruktion af visse hudkomponenter eller en uspecifik, kontrolleret vævsdestruktion i huden. Huden indeholder farvestoffer, fx hæmoglobin, melanin og evt. tatoveringsfarve, som absorberer specifikke lysbølgelængder, hvorved lysenergi omdannes til varme, der fremkalder en begrænset destruktion, hvor farvestoffet er lokaliseret.
Flere lasertyper med forskellig bølgelængde og høj energi anvendes afhængigt af de hudkomponenter, der ønskes påvirket. Teknikken anvendes fx til afblegning af røde modermærker (hæmangiomer), fjernelse af tatoveringer og destruktion uden blødning af visse hudsvulster, fx kondylomer.
Behandlingen kræver ekspertise for blandt andet at minimere risikoen for ardannelse.
Laser anvendes til udførelsen af kirurgiske indgreb (endoskopi, endokirurgi).
Endoskoper var oprindelig stive metalrør med en lyskilde i spidsen, men siden 1960’erne anvendes desuden i stigende omfang styrbare, bøjelige endoskoper, som enten er videoendoskoper eller fiberendoskoper, som indeholder to bundter tynde, smidige glasfibre, hvoraf det ene fungerer som lyskilde, mens det andet er billeddannende.
Flere forskellige lasertyper anvendes.
Når laserstrålen rammer vævet, opstår der stærk varme, således at vævets vandindhold fordamper, hvorved laseren fungerer som en kniv. Laserstråler med en bølgelængde, der absorberes af hæmoglobin, egner sig specielt til at få blødende blodkar til at lukke sig.
Medicinske lasere har gjort patientbehandling lettere, mere præcis, hurtigere, og mindre invasive og bruges til øre-næse- hals procedurer, neurokirurgi, gynækologisk og thoraxkirurgi og tandpleje. Vha. optiske fibre kan laserlyset føres frem til vanskeligt tilgængelige steder og fx benyttes til at pulverisere nyresten eller galdesten, så operative indgreb undgås.
De seneste 10 år er der sket en fantastisk udvikling af optiske principper til brug for medicinske anvendelser, og i dag benyttes lasere både til at stille diagnoser og til at behandle en lang række sygdomme.
Det er især patienter med kræft- og øjensygdomme, som har haft fordele af hurtigere og mere præcis diagnostik samt bedre behandling med færre bivirkninger og risici.
Kilde:
Videnskab,
Den store danske,
The biografi of Theodore Maiman
