Laserhistoria i skuggan av kalla kriget

albert.gifLASER är ett konstruerat ord, som helt enkelt satts ihop av de första bokstäverna i Light Amplification [1] of Stimulated Emission of Radiation [2]. Det senare ledet ger oss anledning att hitta en startpunkt för laserhistorien. För vem var det om inte Albert Einstein som i en publikation 1916 slog fast att atomer kunde samverka med ljus. Han förutsåg att elektroner kunde stimuleras att avge ljus vid en viss våglängd. Därmed var det första steget på väg till lasern taget. Det skulle dock dröja till början av 50-talet innan någon försökte sig på någon praktisk tillämpning av fenomenet.
Bild 2 Albert Einstein

För att konstruera en laser i verkligheten måste den av Einstein upptäckta stimulerade emissionen förstärkas. Redan 1940 diskuterar den sovjetiska forskaren V Fabrikant i sin doktorsavhandling vad vi idag kallar laser. Den första dokumenterade teorin om förstärkning av stimulerad emission hittar vi i hans patentansökan från 1951. Fabrikant kom dock inte att gå till laserhistorien mer än som en av laserforskningens glömda män. Patentet publicerades inte förrän 1959 och anses inte ha påverkat andra forskare som parallellt höll på med samma forskning. För som så ofta i vetenskapshistorien var det flera forskare som samtidigt arbetade med problemet att just förstärka den stimulerade emissionen.

Andra världskriget blev ett uppsving för utvecklingen av radarteknologin. Många forskare arbetade med mikrovågor och det var därför naturligt att laserns föregångare blev masern, där m stod för mikrovågor. Istället för förstärkning av ljus – förstärkning av mikrovågor. Idén med maser förefaller ha uppkommit i flera centrum ungefär samtidigt. De mest kända, som 1964 också kom att få nobelpriset för sina insatser på området, var Charles H Townes vid Columbia University i New York och de båda sovjetiska forskarna Nikolai G Basov och Alexander M Prokhorov vid Lebedevinstitutet i Moskva. Townes byggde den första masern 1954 efter att ha fått idén under en tidig morgonpromenad tre år tidigare [3]. De ryska forskarnas maser stod klar endast några månader efter.

Forskningspengar från militären

Arbetet med att få fram masern startade 1951 samtidigt med Korea-kriget. Det amerikanska militäretablissemanget såg till att Columbia universitet inte hade ont om pengar för den här forskningen. Men masern hade sina begränsningar. I både USA och Sovjetunionen pågick en intensiv forskning för att utveckla masern. 1955 började t ex Prokhorov i Moskva att undersöka möjligheterna hos rubin som ett möjligt material att gå vidare med. 1957 kontaktade Townes Arthur Schawlow för att de skulle arbeta på den optiska masern som skulle ge synligt ljus. Detta var ett arbete de tillsammans gjorde på Bells telefonbolag. De hade redan tidigare samarbetat med ett arbete som publicerades 1955 och behandlade mikrovågsspektografi.

Vid Columbia universitet intresserade sig också Gordon Gould för utvecklingen av masern. Han är den som faktiskt myntat ordet laser i sina första utkast till den optiska lasern. Gould hör till laserhistoriens om inte glömda, som Fabrikant, så dock omstridda och förbisedda män. Gould som egentligen var uppfinnare, inspirerades av Townes arbete med masern och var besatt av idén att utveckla en apparat som skulle avge ljus istället för mikrovågor. Han skrev ned sina idéer och fick dem bevittnade 1957. Efter diskussioner med Townes, insåg han att denne var inne på samma spår. Han gick också till en patentadvokat och fick det felaktiga intrycket att han måste ta ner sina anteckningar till praktiskt nivå för att kunna få patent. Något patent blev det därför inte den gången. Han väntade till 1959, men då hade redan Townes och Schawlow ansökt om patent och dessutom lagt fram vad de kommit fram till i sin forskning i den vetenskapliga tidskriften Physical Review. För vetenskapsmän är detta en viktig procedur som ger dem status och säkrar upphovsrätten till den egna forskningen bland de vetenskapliga kollegerna.

Det här är upptakten till långa och sega rättstvister, ja rena patentkriget, där Gould under årtionden försökte få del av del av de laservinster som så småningom skulle rulla in till de många amerikanska företag som ville tjäna pengar på lasern, när den väl började fungera i praktiken. Gould kom också på kant med delar av det vetenskapliga etablissemanget, inte minst Townes och Schawlow. Joan Lisa Bromberg som har skrivit amerikansk laserhistoria vill inte ta ställning till huruvida Gould varit inne på laser innan han fick kontakt med Townes vid Columbia universitet men, skriver hon, "sedan han väl fått idén finns det inga tvivel om att han utvecklat den på ett unikt sätt" [4].

Rysk sputnik satte fart på laserforskningen

Gould tog 1958 med sig sina idéer om laser, lämnade universitetsvärlden bakom sig och började jobba praktiskt med laser på det privata bolaget TRG. Företaget var ett av många amerikanska bolag som levde högt på kalla kriget. Det var inriktat på avancerad vapenteknologi. I oktober 1957 hade Sovjetunionen skickat upp den första kosmonauten på en lyckad tripp ut i rymden. Trots att detta inte var ett militärt projekt, gav det genast utslag i de amerikanska forsknings- och militärbudgetarna. Man kan lugnt säga att laser utvecklades i exakt rätt tid för att få rejäl ekonomisk uppbackning. När TRG laserprogram ansökte hos försvarsdepartementet om pengar till att utveckla Goulds idéer om hur lasern kunde användas för krigsbruk öste militäretablissemanget pengar över företaget. Istället för de 300 000 dollar som företaget hade ansökt om fick företaget mer än det tredubbla!

I det upphetsade antikommunistiska Amerika i slutet av 50-talet råkade emellertid Gould ut för ännu en motgång. I det hemligstämplade projektet att få fram laser till att bekämpa kommunismen befanns själve Gould var en säkerhetsrik. Han hade som han själv uttrycket det "varit gift med en kvinna som blev kommunist" [5]. Det räckte i McCartyismens USA för att han skulle avstängas från sitt eget projekt. Men arbetet med att få fram en fungerande laser fortsatte såväl i USA som i Sovjetunionen.

Maiman kom först

Den som till slut skulle gå till historien som den som faktiskt konstruerade den första lasern blev Theodore H Maiman som arbetade som fysiker vid Huges Aircraft i Malibu, Kalifornien. Den första fungerande lasern som presenterades 1960 var en rubinlaser, trots att andra forskare, bl a Schawlow, hade misstrott rubinen som en framgångsväg. Till historien går väl också den ansedda vetenskapliga tidskriften Physical Review Letters som vägrade ta in Maimans rapport med hänvisning till att nya maserrön inte längre förtjänade snabb publicering. Maiman fick istället vända sig till den engelska tidskriften Nature där han publicerades. Samtidigt hölls en presskonferens och nyheten slog ned som en bomb – inte minst bland andra forskare.

Maiman hade framställt en laser som gav ljus på 10 000 watt, men bara i mycket korta pulser. Den första lasern var ingen stor imponerande anläggning. Den var bara en decimeter lång och fick plats i handen. När Hughes pressavdelning skulle fotografera Maiman tillsammans med den första lasern ansåg man där att apparaten såg för ynklig ut. Man vägrade helt enkelt fotografera den riktiga apparaten utan använde sig av en annan större apparat som ansågs se mer imponerande ut, men som inte fungerade. Ser du en bild av Maiman och den första rubinlasern är det därför inte alls säkert att det är den rätta lasern som är med på bilden. Det här var före mikrochipset. Ju större ju bättre var fortfarande ett samband som gällde.

Efter Maimans genombrott byggdes lasrar på flera håll. Den första gaslasern och ytterligare två kristallasrar blev färdiga samma år som Maimans. Entusiasmen bland militärerna var på topp. Framförallt var det möjligheten att konstruera ett strålvapen som fick dem att hetsa upp sig. Ett särskilt program igångsattes för ändamålet, under namnet Project Seaside. Det administrerades av the Office of Naval (marin)Research. Både universiteten och den privata industrin fick sin mesta laserforskning betald av militära pengar.

Dödsstrålen rena science fiction

deathstar2.gif Tidningar som Det Bästa älskade att lägga ut texten om den nya dödsstrålen som skulle göra science fictionhjältarnas bravader verkliga. Redan 1809 förekommer dödstrålen i en roman av Washington Irving. Den första välkända science fictionsromanen där sådana vapen används är H G Wells Världarnas krig. Den skrevs redan på 1890-talet men spelades påpassligt in som film på 1950-talet. Efter en spekulativ artikel i Sunday newspaper om dessa dödsvapen betitlad "The Incredible Laser" satte Arthur Schawlow upp en kopia av artikeln på dörren till sitt tjänsterum med texten: "For credible lasers see inside".


Bild 3 I Stärnornas krig används laservapnen flitigt.
I bakgrunden syns Dödstjärnan, känd för sin "dödsstråle
".

Man fann ganska snart att lasern var användbar för avståndsbedömning. Avståndet mättes genom att sända ut en ljuspuls och sedan helt enkelt mäta hur lång tid som förflöt innan det reflekterade ljuset kom tillbaka. Detta var visserligen inte lika spektakulärt som dödsstrålen men kunde också användas av militären, t ex för att ta reda på hur långt man befann sig från ett målområde. Laserkommunikation var också ett område som bl a forskarna vid Bells laboratorium tidigt satsade på. Idag är det möjligt att genom tunna trådar av glasfiber skicka ljussignaler istället för ström. På det sättet kan man digitalt överföra text, musik, bilder och film till andra sidan jorden på bråkdelen av en sekund.

I ett tidigt arbete om ev medicinska användningsområden för laser var Charles Townes inte särskilt optimistisk. När han långt senare tillfrågas av Jeff Hecht om vad han var mest nöjd med när det gäller laserns utveckling svarade han: "Jag är lika nöjd som förvånad över hur användbar laser visade sig vara inom det medicinska området. För mig känns det mycket tillfredställande att veta att mina vänners ögon har räddats tack vare laser." [6]. Medicinarna har i själva verket hittat massor av möjligheter att utvidga människans kunskap på det medicinska området tack vare laser. Laserpincetten som kan hantera bakterier, föra in i spermier i ägg eller mixtra med minsta atom är bara en av de senaste framstegen på det här området.

En förteckning över litteratur om laser som publicerades vid den här tiden hade 17 uppslagsord på laser 1960, 136 1961. 1962 var antalet uppslagsord på laser uppe i 304 för att året efter ytterligare öka till 752 [7]. Man kan lugnt säga att laser var ett hett forskningsområde i början av 60-talet. Det gav ära och berömmelse åt de forskare somägnade sig åt det [8]. De arbetade på jungfrulig mark och pengar saknades inte i och med det stora intresset från Pentagon. Inte förrän i slutet av 60-talet började laserforskningen och laserindustrin känna av minskade anslag från militärt håll. I och med den ökande opinionen mot USAs krigföring i Vietnam föreföll det inte heller längre så självklart på universiteten att vara beroende av pengar från "försvars"departementet. Också industrin ansåg sig nu föranlåten att i större utsträckning satsa på civil laserproduktion. En hel del laserprodukter har sedan dess letat sig in på den civila marknaden. Några av dem kommer vi fortsättningsvis att gå in på närmare.

Startsida Hur fungerar en laser Är laserljus farligt Laserhistoria Lasertillämpningar Kommentarer och frågor Referenser