Et fantastisk lys med en fremtid

DET er kun ti år siden, nemlig i 1960, at en helt ny slags lys første gang blev frembragt. Man havde aldrig før kendt til det her på jorden. Det er det reneste, skarpeste, og mest intense lys mennesket kender, milliarder af gange klarere end lyset på solens overflade. Det skærer let gennem diamant, det hårdeste stof vi kender, og det kan få et hvilket som helst stof på jorden til at fordampe.

Ideen til at frembringe dette fantastiske lys blev første gang fremsat i en afhandling fra 1958 af to forskere, Arthur L. Schawlow og Charles H. Townes. To år senere byggede Theodore H. Maiman det første apparat der kunne udsende det omtalte lys i korte stød. Apparatet kaldes en laser [udtales læiʹser]. Dette ord står for light amplification by stimulated emission of radiation, der ordret oversat betyder: „Lysforstærkning ved stimuleret udsendelse af stråling.“ En laser er en lysforstærker.

Da det blev kendt at man kunne bygge en sådan lysforstærker, fik laseren en enestående presseomtale. Man var fascineret af de muligheder man forestillede sig. Militæret, for eksempel, så i laseren et nyt våben — dødsstrålen. På den anden side forudså man også at den på mange måder kunne anvendes i lægevidenskaben og industrien.

Udvikling og salg

I begyndelsen mødte man imidlertid en del skuffelser under arbejdet med at udvikle laseren fra at være en kuriositet i laboratoriet til et stykke værktøj af praktisk værdi. Men for nylig er laseren begyndt at svare til det man i den første begejstring ventede af den, idet kraftigere og mere effektive lasere er blevet udviklet og et antal nyttige anvendelser for den er blevet fundet. At der hvert år sælges i tusindvis af lasere vidner om apparatets værdi.

Det anslås at der i 1965 blev investeret 97 millioner dollars i lasere. Næsten 60 procent af dette beløb gik til forskning, mens resten er et udtryk for hvad der blev solgt af lasere og laserprodukter. Nu anslår man at omsætningen i forbindelse med lasere vil nå op på 300 millioner dollars om året. Men markedet vokser så hurtigt at nogle eksperter forudsiger at lasere vil blive den næste „milliard-dollar-industri“, sandsynligvis en gang først i 1970erne. Der er nu lasere der kun koster 200 dollars stykket, samtidig med at man også kan købe nogle der koster adskillige tusinde dollars.

Det er sandt at apparatet stadig befinder sig på et tidligt udviklingstrin. Dr. Schawlow har sagt: „Lasere er stadig meget primitive apparater. De befinder sig på krystalmodtagerens stade, eller det stade flyvemaskinen befandt sig på omkring 1910.“ Men når man ser på hvad disse apparater kan udrette, er det forståeligt at industrien ofrer så megen tid og så mange penge på at udvikle dem.

Fantastisk kraft

Den kraft lyset har når dets intensitet forstærkes af en laser, er virkelig fantastisk. En iagttager som beskriver en demonstration af den siger: „Teknikeren retter [laseren] mod et stykke stål der er på tykkelse med en enkrone; en linse samler strålens lys til et skarpt punkt. . . . man hører en pibende lyd og et skarpt knald. En byge af hvidglødende gnister flyver ud fra stålstykket. Det kraftige lysstød har gennemboret det.“

Efterhånden som kraftigere og mere effektive laserapparater udvikles, bliver muligheden for at fremstille virkelige „dødsstråle“-våben mere og mere reel. Ja, nogle forskere taler helt alvorligt om muligheden for at bruge fremtidens lasere imod fjendtlige raketter.

Selv om nogle lasere kan indstilles til at frembringe lys der er kraftigt nok til at dræbe, kan andre udsende lys der er så svagt og mildt at man kan lade strålen ramme hånden uden at der sker skade. Og dog er selv en svag stråles intensitet fantastisk. Dette blev for nylig demonstreret i forbindelse med en Surveyor-sonde der landede på månen.

Sonden havde et fjernsynskamera med, og det var rettet mod den del af jorden der lå i mørke. På jorden blev flere laserstråler rettet mod sonden på månen de cirka 380.000 kilometer borte. Disse laserstråler var på blot en eller to watt hver, altså meget svagere end en almindelig 60-watt lampe. Alligevel kunne fjernsynskameraet på månen meget let opfange laserstrålerne og sende et billede af disse lyse prikker på jorden tilbage til jorden. Forbløffende nok sås disse to-watts laserstråler tydeligere på månen end alle de elektriske lys på flere hundrede millioner watt der findes i så tætbefolkede områder som New York City og Los Angeles!

Hvad er hemmeligheden ved frembringelsen af så intenst et lys? Hvad er en laser? Hvordan virker den?

Usammenhængende og sammenhængende eller kohærent lys

Almindeligt synligt lys er usammenhængende, det vil sige bølgerne er ikke ordnede. De har forskellig størrelse og frekvens og bevæger sig ikke i samme retning. Ved hjælp af reflektorer, som i en projektør, kan man få almindeligt lys til at bevæge sig i én bestemt retning. Der er dog stadig almindelig uorden i en sådan lysstråle, og den spredes efterhånden og bliver til intet.

Laseren er et apparat som frembringer sammenhængende eller kohærent lys, det vil sige lys som helt igennem har samme bølgelængde, og lyssvingningerne er alle i fase eller i takt. Sådanne lysbølger kan sammenlignes med kolonner af soldater der kommer marcherende i takt hen ad vejen. Først kommer én kolonne, så kommer en anden og slutter sig til, og den går også i takt med den første kolonne. Senere slutter endnu en kolonne sig til, den er også i takt, og efterhånden er den oprindelige kolonne blevet mangedoblet eller forstærket mange gange. Laseren er et apparat der samler lysets stråler på en sådan ordnet måde og derpå sender dem ud i takt og i nøjagtig samme retning. Således forøges lysets intensitet eller kraft i fantastisk grad.

I den første laser, der blev konstrueret i 1960, anvendtes som medium et fast stof, en syntetisk rubin. Rubinlaseren er imidlertid kun en af mange typer. Gaslaseren har som medium en luftart, for eksempel helium-neon, argon eller kuldioxyd. Lyset fra en gaslaser er almindelgvis mere kohærent end strålen fra en rubinlaser, og det er noget lettere at gøre strålen fra gaslaseren kontinuerlig.

Det lys der udsendes af lasere er i de fleste tilfælde synligt for det menneskelige øje, idet det har bølgelængder som øjet er følsomt over for. Der findes imidlertid andre elektromagnetiske bølger som det menneskelige øje ikke kan opfatte, som for eksempel radiobølger, infrarøde bølger, mikrobølger, røntgenstråler og kosmiske stråler. Tilbage i begyndelsen af 1950erne opfandt dr. Townes et apparat der frembragte mikrobølger som alle var i takt og derved blev forstærket mange gange. Dette apparat blev kaldt en maser [mæiʹser], der står for microwave amplification by stimulated emission of radiation, hvilket betyder: „Mikrobølgeforstærkning ved stimuleret udsendelse af stråling.“ Det var forslaget om at anvende maseren til forstærkning af de synlige elektromagnetiske bølger, der førte til opfindelsen af laseren. Laseren kaldes derfor også en optisk maser.

Maserens anvendelse

De meget svage signaler i form af mikrobølger som jorden modtager fra himmelrummet, må forstærkes hvis man på rette måde skal kunne undersøge hvor de kommer fra. Til dette er maseren ideel. Dette apparat forstærker disse svage signaler og tilfører dem ikke nogen „støj“ eller anden fremmed stråling, sådan som andre mikrobølgeforstærkere gør. Maseren blev for eksempel brugt til at måle de elektromagnetiske bølger i 3,2-cm-området fra planeten Jupiter. Derved blev astronomerne i stand til at bestemme at temperaturen på Jupiter er cirka ÷ 96° C.

Maseren kan også bruges som et ur. I et almindeligt ur måles tiden ved hjælp af et pendul eller en uro der regelmæssigt bevæger sig frem og tilbage. De elektromagnetiske bølger i en maser svinger meget konstant og regelmæssigt. Det spiller ingen rolle hvor på jordens overflade apparatet befinder sig eller under hvilke temperaturer det arbejder. Maserens svingninger er så nøjagtige at et maserur ikke ville tabe eller vinde mere end tre-fire sekunder i løbet af tusind år.

Laserens anvendelse

Det er imidlertid i langt de fleste tilfælde laseren eller den optiske maser man finder anvendelse for. Man har fundet i hundredvis af geniale måder at anvende den på i industrien, lægevidenskaben, den militære teknologi og i forbindelse med rummets udforskning.

I nogle tilfælde gør man brug af den egenskab ved laserstrålen at dens lys kan samles til et ganske lille punkt. Ligesom et „brændglas“ kan bruges til at samle solens stråler i en lille plet og tænde ild i ting, således kan laserstrålen koncentreres om et uendelig lille punkt.

Da dette lys er så intenst kan det bruges til at brænde små huller i meget hårde stoffer. Western Electric Company har med held brugt en rubinlaser til at tildanne diamanter og bore huller i dem. Sådanne diamanter bruges som værktøj ved fremstilling af meget tynd kobbertråd der trækkes igennem hullet i diamanten. Før i tiden tog det mange timer, ja dage, at bore hul i en diamant; nu kan laseren gøre det på omkring to minutter.

Laseren bruges også når en ganske lille smule materiale i et meget fint instrument, for eksempel på uroen i et ur, skal fjernes. Den fjerner det ved at bringe det til at fordampe. Hvis man ønsker det kan man analysere det fordampede stof ved hjælp af en spektograf og således finde ud af hvilke grundstoffer det består af. Jarrell-Ash-selskabet i Waltham i Massachusetts i U.S.A. har solgt i snesevis af lasere der hver koster 15.000 dollars, til brug ved spektografisk analyse.

I et tilfælde kunne et sådant laserapparat ved en mikroprøve afsløre at et maleri som gik for at være lavet af en maler fra det sekstende århundrede, var en forfalskning. Maleriet blev anbragt under apparatet, og et omhyggeligt beregnet lysstød fra laseren lavede et ganske lille, næsten usynligt, krater i maleriet idet det fik en uendelig lille smule af farven til at fordampe. Denne damp blev analyseret i en spektograf; der viste sig et spor af zink, og man ved at zink-farvepigment ikke blev brugt før 1820!

Laseren bruges også i stor udstrækning som måleinstrument. Boeing og andre flyvemaskinefabrikker bruger laseren ved mange forskellige målinger. Også til fin punktsvejsning bruges en laserstråle.

Desuden bruges laseren på det lægevidenskabelige område. Især har man haft held med at bruge den når en nethinde bag i øjet har løsnet sig og skal fastgøres igen. Strålen sendes gennem den gennemsigtige hornhinde og andre dele af øjet for til sidst at ramme nethinden, der opsuger lyset og derved brændes fast til vævet bagved. Kræftsvulster af den type der kaldes melanosarkom og som indeholder sort pigment, kan med held behandles med laserstråler idet de farvede celler absorberer strålerne.

Fremtiden

Uden tvivl har vi endnu ikke set de vigtigste måder at anvende laseren på. Dr. Schawlow forudsiger at det inden for de næste tyve år vil blive et almindeligt redskab „på kontoret, i fabrikken, og i hjemmet, hvor den kan bruges til at skrælle kartofler med“. Der er allerede en laser på trapperne som skal bruges til at viske med når man på skrivemaskinen har skrevet fejl.

Tandlæger ser også frem til at kunne bruge en laser til at bore caries væk med. Eftersom de cariesangrebne steder på tanden er farvet mørke, vil de absorbere lyset og derved fordampe, mens den hvide del af tanden lades uberørt.

Man er især spændt på laserens muligheder på kommunikationens område. Teoretisk set skulle en laserstråle kunne transmittere hele teksten til leksikonet Encyclopædia Britannica på en brøkdel af et sekund, og den skulle kunne bære alle verdens radio- og TV-programmer og telefonsamtaler samtidig.

Ingeniører ved Massachusetts Institute of Technology eksperimenterer med et laserapparat der kan pulverisere klipper. Det skal bruges ved boring af underjordiske tunneler til veje og jernbaner. Det er også bemærkelsesværdigt at laseren har gjort det muligt at tage tredimensionelle fotografier, og den vil også kunne give os TV-skærme der er på størrelse med væggen i stuen. Dr. Townes har i et interview sagt:

„Vi vil en dag få TV-skærme der er lige så store som biografens filmslærred. . . . Hvis man i dag projicerede billedet fra et TV-apparat op på et meget stort lærred, ville billedet blive alt for mørkt. Laserstrålen kunne derimod blive ført hen over skærmen og give os et ganske godt billede, tilstrækkelig lysstærkt — og i farver, for man kan få laserstråler med forskellige farver. . . . Jeg tror at dette vil være så enkelt at det let kan gennemføres. Det er derfor meget sandsynligt at vi får det før vi får tredimensionelt TV.“

I løbet af de ti korte år der er gået siden man opdagede denne fantastiske nye form for lys, har man allerede fundet forbløffende mange måder at anvende den på. Men det er åbenbart kun begyndelsen. Her er i sandhed tale om et lys med en fremtid!