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Der Ursprung
Die Laser-Technik hat ihre Existenz den Experimenten mit der Maser-Technik
zu verdanken. MASER steht für “Microwave Amplification by Stimulated
Emission of Radiation” und bedeutet etwa soviel wie
“Mikrowellenverstärkung durch künstlich angeregte Aussendung von
Strahlung”.
Bereits 1917 erklärte Albert Einstein, daß ein
“Aufladevorgang” (eine »Induzierte Emission«), wie er
später beim Laser stattfindet, möglich sein müsse. Die
Wissenschaftler R. Ladenberg und H. Kopfermann verwendeten bei ihren
“Aufladeversuchen” im Jahre 1927 verschiedene Gase. Die erste
Lichtverstärkung gelang dem sowjetischen Physiker W.A. Fabrikant im Jahre
1940. Den nächsten Fortschritt machte der deutsch-französische
Physiker Alfred Kastler im Jahr 1950. Er entwickelte das System des
“optischen Pumpens”: Kastler bestrahlte Atome mit Licht solcher
Frequenz, das von den Atomen absorbiert werden konnte. Die Atome gerieten in
einen höheren Energiezustand und gaben das “aufgesaugte” Licht
dann verstärkt ab. Kastler machte einen Teil seine Versuche mit sichtbarem
Licht, experimentierte zusätzlich aber auch mit Radiowellen. Die durch die
Bestrahlung mit Radiowellen erfolgte Mikrowellenverstärkung wurde
später als MASER bekannt. Heutzutage wird der Maser hauptsächlich beim
Nachrichtenverkehr mit Erdsatelliten, in radioastronomischen Empfangsanlagen und
bestimmten Richtfunkanlagen als Verstärker verwendet. Der Maser wird
zusätzlich noch für den Betrieb von Atomuhren und als Generator
für Millimeterwellen verwendet. Verantwortlich für die Entwicklung des
Masers waren u.a. die amerikanischen Physiker Charles Hard Townes, Arthur
Leonard Schawlow und H. J. Zeiger. Das Maser-Prinzip wurde 1951 von Townes
formuliert. Townes verwendete Ammoniakmoleküle und bestrahlte diese mit
einer Mikrowelle, deren Frequenz mit der Eigenfrequenz der Ammoniakmoleküle
übereinstimmte. Durch diese Bestrahlung wurden die Moleküle in einen
höheren Energiezustand versetzt, die ihre Strahlung dann wieder
verstärkt abgaben. Es entstand also eine Mikrowelle mit sehr hoher
Intensität. Im Jahr 1953 wurde dann auch der erste Gasmaser in den USA
entwickelt. Zeitgleich wurde auch in Rußland fieberhaft am Maser-Prinzip
gearbeitet. Die Experimentierergebnisse der Russen waren den Amerikanern sehr
hilfreich bei ihrer eigenen Maserentwicklung. Townes entwickelte Ende der
fünfziger Jahre den ersten Festkörpermaser als
Molekularverstärker. 1957 entwickelten auch die Wissenschaftler in
Rußland den ersten Festkörpermaser. Während dieser Zeit war
Townes in den USA an der Columbia-Universität aber schon mit der
Laserentwicklung beschäftigt. Townes hatte seit 1957 die Idee, im Maser
statt Mikrowellenbestrahlung eine Lichtbestrahlung zu verwenden. Die erste
Theorie des Lasers, die 1958 erschien, wollte Townes sich nun patentieren
lassen. Allerdings hatte der Atomphysiker Gordon Gould sich schon ebenfalls mit
der Theorie eines Lasers beschäftigt und bereits 1957 Aufzeichnungen
über seine Versuche bei seinem Notar hinterlegt. Es kam zu einem endlosen
Rechtsstreit, der erst 1977 mit einem Teilerfolg für Gould endete. Doch
bereits 1960 wurde der Laser für Townes und Schawlow patentiert - oder
besser gesagt: die Laseridee. Denn bis jetzt war es nur eine bloße
Theorie, es wurde noch kein Laser aufgebaut.
Zahlreiche Forscher “stürzten” sich auf das Laser-Projekt.
Der erste funktionierende Rubinlaser wurde aber nicht von einer großen
Universität entwickelt, sondern vom amerikanischen Physiker Theodore Harold
Maiman in einem kleinen Nebenlabor der Hughes Aircraft Company. Dieser
Rubinlaser wurde 1960 präsentiert, also im gleichen Jahr, in dem das Patent
an Townes und Schawlow vergeben wurde.
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