Geschichte des Lasers

Verschiedenfarbige Laserstrahlen

Kunstlicht

Geschichte des Lasers

Als er entdeckt war, wusste keiner so richtig etwas damit anzufangen. Dabei hatte es einen wirklichen Wettlauf darum gegeben, wer als erstes einen funktionierenden Laser bauen würde. Gewonnen hat ihn 1960 der US-amerikanische Physiker Theodore Maiman.

Erst gemeinsam sind sie stark

Die theoretischen Grundlagen für den Laser lieferte Albert Einstein mit seinem Prinzip der stimulierten Emission. Und das mehr als vier Jahrzehnte zuvor. Danach hatten Wissenschaftler immer wieder versucht, Einsteins Theorie in der Praxis zu beweisen. Lange blieben sie erfolglos.

Über das Phänomen Licht hatte Albert Einstein intensiv nachgedacht. Ein Ergebnis seiner Überlegungen war, dass Licht aus einzelnen Energiepaketen bestehen könnte. Später werden diese Lichtteilchen Photonen heißen.

Einstein nennt sie Lichtquanten und stellt sich das Licht als einen kontinuierlichen Strom dieser Teilchen vor, die mit einer bestimmten Energie in eine Richtung fliegen.

Die Energie hängt ab von der Frequenz oder Wellenlänge der Teilchen – also der Farbe des Lichts. Wird nun ein Atom mit einem Lichtteilchen bestrahlt, ist für Einstein folgendes denkbar: das Atom nimmt die Energie des Photons auf, weil das Atom sich im energiearmen, stabilen Zustand befindet.

Einstein in seinem Arbeitszimmer in Princeton. Er wirkt nachdenklich.

Albert Einstein lieferte die Grundlagen

Dadurch wird sein Energiezustand höher. Das Atom ist jetzt in einem "angeregten" Zustand. Dieser Zustand ist für das Atom aber nicht lange haltbar. Es kehrt in seinen Grundzustand zurück, indem es ein nichtgerichtetes Lichtteilchen aussendet.

Wird das Atom aber im "angeregten" Zustand von einem weiteren Photon getroffen, dann gibt es ein zusätzliches Lichtteilchen ab. Das ist in seiner Richtung und Wellenlänge identisch mit dem ersten.

Diese beiden Photonen können nun ihrerseits wieder andere Atome "anregen". Dabei entstehen immer mehr Lichtteilchen mit den gleichen Eigenschaften, die in die gleiche Richtung abgegeben werden. Sie werden ganz einfach kopiert und der Lichtstrahl wird intensiver. Es kommt zu einer Verstärkung des Lichts.

Einstein nannte diese Theorie "stimulierte Emission".

Der erste, dem es gelungen war, Einsteins Gedanken zur stimulierten Emission praktisch umzusetzen, war der Physiker Charles Townes. Allerdings experimentierte er nicht mit Lichtstrahlen, sondern mit Mikrowellen. 1951 baute Townes ein Gerät, das Mikrowellen erzeugen und verstärken konnte.

In Anlehnung an Einsteins Theorie gab er seiner Konstruktion den Namen Maser. Eine Abkürzung für Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation - also Mikrowellenverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung.

Genau das gleiche sollte nun auch für infrarotes und herkömmliches Licht möglich gemacht werden. Wie das funktionieren könnte, war das Rätsel, das es zu knacken galt. Eines stand aber fest: was auch immer das Ergebnis sein würde, es sollte den Namen Laser tragen - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - ebenfalls ein Kunstwort. Es steht für: Lichtsverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung.

Keine Experimente, bitte!

Alles, was nötig war, diesen Laser zu bauen, war längst vorhanden. Das Material, bestehend aus einer Blitzlampe, einem Rubin und einer Hülse aus Metall, konnte leicht beschafft werden. Licht gab es mehr als genug und auch das theoretische Wissen darüber war bekannt.

Aber erst 1960 war es ein amerikanischer Physiker, der es schaffte, all diese Komponenten zusammenzusetzen und den ersten Lichtstrahl zu bündeln.

Dabei konzentrierte sich Theodore Maiman auf das Wesentliche, wie er später selbst einmal sagte: "Ich habe nur Dinge verwendet, die es bereits gab. Ich verschwendete weder Zeit noch Geld, um eine spezielle Lampe zu entwickeln oder eine neue Art von Kristall.

Stattdessen benutzte ich Rubin, der in der Natur vorkommt und schon damals in sehr hoher Reinheit industriell hergestellt werden konnte. Ich habe die Rubinstäbe für meine Experimente einfach bestellt und gekauft, genau wie die Blitzlampe. Der Rest war reines Handwerk."

Mithilfe von Spiegeln lenkte der den Lichtstrahl immer wieder durch den Rubinkristall. Dabei wurden immer mehr Atome angeregt, die helle rote Lichtteilchen aussendeten. Gleichzeitig animierten diese wiederum andere Atome, weitere helle rote Lichtteilchen auszusenden.

Das Ergebnis war ein sehr intensiver Lichtstrahl, wie er nicht einmal in der Natur vorkommt.

Licht der ungeahnten Möglichkeiten

Gegen alle Erwartungen und unter bedeutend schlechteren finanziellen Bedingungen als seine Konkurrenten war es Maiman gelungen, den ersten funktionsfähigen Laser zu bauen.

Den Lichtverstärker, an dem so viele Top-Wissenschaftler getüftelt hatten. Seine Leistung fand aber keine große Resonanz in der Fachwelt. Ein Artikel, den er in einer Zeitung veröffentlichen wollte, wurde nicht abgedruckt. Ein anderes Blatt räumte ihm unverhältnismäßig wenig Platz ein.

Ein Laserstrahl wird erzeugt

Ein Laserstrahl wird erzeugt

Erst nach und nach wurde deutlich, was mit der Lasertechnik alles machbar ist. In unserer Zeit gibt es die verschiedensten Lasersysteme und alle funktionieren sie nach dem gleichen Prinzip, das Theodore Maiman ersonnen hat.

Von der ersten Stanzmaschine in der Blechbearbeitung, die 1979 auf den Markt kam, bis zum Laser, mit dem Augenärzte Fehlsichtigkeiten korrigieren. Das Internet wäre ohne Lasertechnik nicht möglich. Das Global Village gäbe es nicht. Unsere Welt würde anders aussehen.

Mit den Jahren wurde Maiman aber doch noch ein hochgeschätzter und viel geehrter Wissenschaftler. Für den Nobelpreis für Physik hatte man ihn zweimal nominiert. Diese Auszeichnung wurde ihm nie zuteil. Warum, das blieb immer ungeklärt.

Es hieß nur, namhafte Wissenschaftler hätten angemerkt, dass er den Laser doch lediglich technisch umgesetzt hätte. Die Grundlage dazu seien die Früchte anderer. Anfang der 1960er Jahre gründete der Erfinder des Lasers eine Firma und verstärkte von da an nicht mehr nur das Licht, sondern auch sein Vermögen.

Autor: Lothar Nickels

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Stand: 23.12.2016, 12:00

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