Presne pred 50 rokmi zaregistroval americký patentový úrad vynález, pomenovaný ako „rubínové laserové systémy.“
Žiadateľ o patent, americký fyzik Theodore Maiman, zostrojil prvý laser už v roku 1960. Žiadosť podal v apríli 1961, schválenia sa však dočkal až po vyše šiestich rokoch. Spočiatku totiž napriek pokračujúcemu výskumu a výrobe prvých priemyselných laserov nebolo jasné, v ktorých oblastiach sa vynález skutočne presadí.
Americký odborný časopis Physical Review Letters dokonca Maimanovi odmietol zverejniť štúdiu, o vynáleze musel s kolegami napísať do redakcie New York Times. Napokon ho publikoval v dnes slávnom článku v britskom časopise Nature. Traduje sa, že na tlačovke svoj stroj, výsledok deväťmesačnej práce s nákladmi 50-tisíc dolárov, komentoval slovami:
„Je to riešenie, ktoré si hľadá problém.“
Vynálezca laseru Thedore Maiman. Foto: Wiki
Od tých čias si laser svojich „problémov“, teda možných použití, našiel obrovské množstvo. (Teraz sa nezľaknite dlhého názvu) „Zosilňovanie svetla pomocou stimulovanej emisie žiarenia“, čo je vysvetlenie skratky LASER, sa dnes používa v najrôznejších oblastiach – od operácií očí cez optické vlákna, cédéčka, hologramy, tlačiarne až po riadenie rakiet.
Fyzik presviedča študentov, aby sa vrátili domov. Ide to aj na Slovensku
Päťdesiat rokov po registrácii prvého z celej rodiny „laserových“ patentov je táto technológia rozšíreným nástrojom, ktorého využiteľnosť sa bežne testuje v najrôznejších aplikáciách, vrátane celkom nových oblastí priemyslu.
Laser a Slovensko
Na Slovensku laser ako pomocnú technológiu v základnom výskume využíva firma GA Drilling, ktorá pre ropný priemysel vyvíja prelomovú technológiu na hĺbkové vŕtanie a frézovanie založenú na plazme. Na začiatku hľadala nástroj, ktorý bude schopný rozrušovať v náročných podmienkach tvrdý materiál, teda rôzne horniny. „Laser bol pre nás jedna z možných alternatív, o ktorých sme v začiatkoch uvažovali,“ spomína Tomáš Krištofič, spoluzakladateľ a Chief Technology Officer GA Drilling.
Tomáš Krištofič, chief technology offier GA Drilling. Foto: GA Drilling
Testovali, samozrejme, viaceré technológie. „Každú jednu, ktorá mala potenciál na vŕtanie, sme detailne študovali a zistili stav techniky, vrátane patentov, vedeckých aj experimentálnych prác,“ pokračuje Krištofič. „Všetky sme podrobovali vyhodnocovaniu podľa kritérií prostredia, v ktorom sa vŕtanie v hĺbkach realizuje. Konkrétne ide o prostredie vysokého tlaku a vysokej teploty, pričom vrt je vyplnený nepriehľadnou špinavou tekutinou.“ Posledný faktor sa napokon ukázal ako hendikep laseru v tejto konkrétnej aplikácii.
Plazma vs. laser
„Laser bol jedným z vážnych kandidátov, no pre podmienky, v ktorých sa vŕtanie realizuje, nám vo finálnom vyhodnotení napokon vyšla ako lepší technologický kandidát plazma, vytváraná v elektrickom oblúku,“ vysvetľuje technologický riaditeľ.
Ako sa vlastne odlišuje plazma od laseru? „Laser je fokusovaný bodový lúč svetla s vysokou energiou,“ hovorí Krištofič. Príkladom jeho výhodnej aplikácie môže byť „presné rezanie v čistých podmienkach, ktoré však treba zabezpečiť“.
Forbes Next: (Aj o tom, ako) laser vypáli z hliníkového prášku diel pre automobil
Plazma, čiže ionizovaný plyn, sa naopak „o čistotu prostredia nestará, teda neprekážajú jej nečistoty,“ opisuje technický riaditeľ. „Navyše dokáže rozrušovať materiál plošne a nie iba bodovo. Preto pre nás bola plazma oveľa účinnejšia a technologicky realizovateľná.“
Pri aplikácii GA Drilling sa ako ďalšia výhoda plazmy ukázalo, že „zabezpečiť dostatok energie na veľkú vzdialenosť, konkrétne jednotky kilometrov, je pre laserovú technológiu ťažko realizovateľné. Pre plazmu je to otázkou elektrického kábla, ktorý poznáme z bežného života.
Výhoda čistého prostredia
Hoci v tomto konkrétnom prípade sa ukázal ako menej vhodné riešenie, účelom tohto článku nie je nejaká kritika lasera. „Samozrejme, má nesporné výhody pre laboratórne účely, a to aj pre náš základný výskum,“ zdôrazňuje technologický riaditeľ GA Drilling.
„Tam ho využívame najmä na referenčné testy, skúmanie, aké množstvo energie potrebujeme na rozrušovanie rôznych druhov materiálov, či hornín. A v čistom prostredí má nesporné výhody pri rezaní s relatívne veľkou presnosťou rezu, napríklad pri rezaní veľkých oceľových konštrukcií na povrchu.“ V prípade priemyslu, ktorého dodávateľom je GA Drilling, ide najmä o konštrukciu ropných platforiem či ropovodov.
Ako funguje laser?
Pointou lasera je vytvoriť prúd fotónov (častíc svetla) s rovnakými vlastnosťami. V praxi to potom vyzerá tak, že toto svetlo sa zosilní a vyžiari v úzkom zväzku. Ako sa to dá? Teraz trocha fyziky. Ak atóm látky ožiarenej vo vnútri lasera (v Maimanovom prvom laseri to bol syntetický kryštál rubínu) absorbuje energiu napríklad z baterky, môže skočiť do stavu s vyššou energiou. Atómy látky v laseri excitujú a deexcitujú, teda prechádzajú do stavov s vyššou energiou a potom naspäť. Pri tom sa uvoľňuje veľké množstvo častíc svetla s rovnakými vlastnosťami. Tie pomocou zrkadiel nasmerujeme do jedného lúča.
Alebo si pozrite video.
Hlavné foto: Prvá laserová operácia korekcie zraku Dr. Eckharta Schroedera v roku 1989. Foto: Wiki
