Gordon Gould - Polski Serwis Naukowy

Gordon Gould (ur. 17 lipca 1920 w Nowym Jorku, zm. 16 września 2005), amerykański fizyk, jeden z wynalazców lasera, twórca nazwy "LASER". Gould stał się słynny za sprawą swojej trzydziestopięcioletniej walki o uzyskanie patentu na laser i jego elementy konstrukcyjne. Przeprowadził wieloletnią, lecz skuteczną, walkę z urzędem patentowym i producentami laserów, aby w końcu uzyskać tantiemy z praw patentowych.

Pompowanie optyczne - wzbudzanie atomów metodami optycznymi do określonego stanu, co osiąga się dobierając odpowiednio warunki wzbudzenia (oświetlenie, polaryzacja). Jeśli wskutek absorpcji światła liczba atomów osiągających dany stan w jednostce czasu jest większa od odwrotności średniego czasu życia (tj. całkowita liczba atomów w danym stanie) rośnie. Dzięki zastosowaniu pola magnetycznego i spolaryzowanego światła wzbudzającego można za pomocą pompowania optycznego uzyskać częściowe uporządkowanie (tj. ustawienie równoległe) wektorów atomowych momentów magnetycznych. Czyni to metodę pompowania optycznego cennym narzędziem w badaniach fizyki atomowej i jądrowej. Zwiększenie obsadzenia wybranego stanu drogą pompowania optycznego jest podstawą działania lasera. Metodę pompowania optycznego zaproponował fizyk francuski Alfred Kastler; dostał za to w 1966 roku nagrodę Nobla.

Polykarp Kusch (ur. 26 stycznia 1911 w Blankenburgu w Niemczech, zm. 20 marca 1993 w Dallas) – amerykański fizyk niemieckiego pochodzenia, w 1955 wspólnie z Willisem Lambem uhonorowany Nagrodą Nobla za precyzyjne określenie momentu magnetycznego elektronu, który okazał się większy niż był teoretycznie przewidywany co doprowadziło do wielu zmian w elektrodynamice kwantowej.

Młodość i edukacja

Urodzony w Nowym Jorku, jako najstarszy z trzech synów. Oboje rodzice byli Metodystami, aktywnie działającymi w lokalnym kościele, jednak sam Gould był zdeklarowanym ateistą. Kształcił się w Union College gdzie otrzymał tytuł inżyniera z fizyki i Uniwersytecie Yale gdzie uzyskał tytuł magistra w dziedzinie optyki i spektroskopii. W latach 1943-1945 pracował w Projekcie Manhattan z którego został usunięty na skutek przynależności do partii komunistycznej. W roku 1949 przeniósł się do Columbia University, gdzie podjął pracę nad doktoratem z zakresu optyki i spektroskopii mikrofalowej. Opiekunem pracy doktorskiej Goulda był Polykarp Kusch, laureat Nagrody Nobla. Kusch zainteresował Goulda nową techniką pompowania optycznego. W roku 1956 Gould zaproponował wykorzystanie pompowania optyczne do wzbudzania masera i dyskutował o tym pomyśle z innym laureatem nagrody Nobla, Charlesem Townesem, który w tym czasie był profesorem na Uniwersytecie Collumbia. Townes doradzał Gouldowi jak uzyskać patent na swój wynalazek.

Nowy Jork (ang. City of New York, również New York, New York City) – najludniejsze miasto w Stanach Zjednoczonych, a zarazem centrum jednej z najludniejszych aglomeracji na świecie. Nowy Jork wywiera znaczący wpływ na światowy biznes, finanse, media, sztukę, modę, badania naukowe, technologię, edukację oraz rozrywkę. Będąc między innymi siedzibą Organizacji Narodów Zjednoczonych, Nowy Jork stanowi ważne centrum spraw międzynarodowych i powszechnie uważany jest za kulturalną stolicę świata.

Manhattan Engineering District (MED) szerzej znany pod nazwą skróconą Manhattan Project (Projekt Manhattan) – amerykański program naukowo-badawczy i konstrukcyjny zmierzający do konstrukcji i produkcji bomby atomowej. Program zapoczątkowany został w 1942 roku na polecenie prezydenta F. D. Roosevelta, wykorzystano w nim jednak rezultaty przedwojennych amerykańskich prac zmierzających do wykorzystania energii jądrowej dla napędu okrętów, w tym metodę separacji izotopu U235. Badania prowadzono w 3 ośrodkach: w Columbia University w Nowym Jorku, uniwersytecie w Chicago i uniwersytecie kalifornijskim. Konstrukcję bomby opracowano w Los Alamos National Laboratory. Program miał też swoją część zmierzająca do opracowania sposobów niedestrukcyjnego użycia energii atomowej, dzięki czemu opracowano konstrukcje i wyprodukowano pierwsze reaktory jądrowe.

Wynalezienie lasera

W roku 1957, Townes i wielu innych naukowców zastanawiało się czy można zbudować przyrząd wzmacniający światło podobnie jak MASER wzmacniał mikrofale. W listopadzie tego roku Gould zorientował się, że można do tego wykorzystać rezonator optyczny zbudowany z dwóch zwierciadeł, przypominający interferometr Fabry'ego-Perota. Dzięki temu oryginalnemu pomysłowi, można było uzyskać wąską wiązkę koherentnego i intensywnego światła. Ponieważ boczne ścianki takiego rezonatora nie musiały być odbijające, ośrodek wzmacniający mógł być łatwo pompowany optycznie w celu uzyskania odpowiedniej inwersji obsadzeń. Gould rozważał również możliwość pompowania poprzez kolizje na poziomie atomowym, oraz przewidział wiele potencjalnych zastosowań swojego urządzenia.

Laser to generator promieniowania, wykorzystujący zjawisko emisji wymuszonej. Nazwa jest akronimem od Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation — wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania. Promieniowanie lasera ma charakterystyczne właściwości, trudne lub wręcz niemożliwe do osiągnięcia w innych typach źródeł promieniowania. Jest spójne w czasie i przestrzeni, zazwyczaj spolaryzowane i ma postać wiązki o bardzo małej rozbieżności. W laserze łatwo jest otrzymać promieniowanie o bardzo małej szerokości linii emisyjnej, co jest równoważne bardzo dużej mocy w wybranym, wąskim obszarze widma. W laserach impulsowych można uzyskać bardzo dużą moc w impulsie i bardzo krótki czas trwania impulsu (zob. laser femtosekundowy).

Fizyka (z gr. φύσις physis - "natura") – nauka o przyrodzie w najszerszym znaczeniu tego słowa. Fizycy badają właściwości i przemiany materii i energii oraz oddziaływanie między nimi. Do opisu zjawisk fizycznych używają wielkości fizycznych, wyrażonych za pomocą pojęć matematycznych, takich jak liczba, wektor, tensor. Tworząc hipotezy i teorie fizyki, budują relacje pomiędzy wielkościami fizycznymi.

Gould spisał swoje rozważania i proponowane konstrukcje w laboratoryjnym notesie pracy pod tytułem "Some rough calculations on the feasibility of a LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" - jest to pierwsze odnotowane zastosowanie skrótu LASER.. Opis w notatniku Goulda był pierwszym opisem jak można wykonać realny laser. Zdając sobie sprawę jak ważną rzecz stworzył, Gould udał się do najbliższego notariusza i notarialnie potwierdził swoje notatki. Arthur Schawlow i Charles Townes niezależnie odkryli ważność etalonu Fabry'ego-Perota i - mniej więcej trzy miesiące później - nazwali swoje urządzenie "optycznym maserem". Nazwa Goulda po raz pierwszy pojawiła się publicznie przy okazji prezentacji konferencyjnej w 1959 roku i przyjęła się mimo oporu ze strony Schawlowa i jego kolegów.

Inwersja obsadzeń w mechanice statystycznej – stan układu, w którym liczba cząstek o energii większej jest większa niż cząsteczek o energii niższej. Inwersja obsadzeń jest wykorzystana w działaniu lasera.

Wojny o patent

W 1977 Gould uzyskał swój pierwszy patent związany z laserami. Nie otrzymywał jednak za niego opłat aż do 1988, kiedy wygrał ostatni z procesów z firmami kwestionującymi jego patenty.

Przypisy

↑ Taylor, Nick (2000). LASER: The inventor, the Nobel laureate, and the thirty-year patent war. New York: Simon & Schuster.