Текст книги "История лазера. Научное издание"
Автор книги: Марио Бертолотти
Жанр:
Физика
сообщить о нарушении
Текущая страница: 39 (всего у книги 52 страниц)
РќР° этом история Гоулда РЅРµ окончилась. 11 октября 1977 Рі., после попыток РІ течение нескольких лет, РѕРЅ, наконец, получил СЃРІРѕР№ патент РЅР° лазерный усилитель СЃ оптической накачкой. Ртот патент был получен после 18 лет ожидания. Рто, пожалуй, рекорд, поскольку три или четыре РіРѕРґР° обычное время ожидания! РљРѕРіРґР° патент Гоулда стал действовать, патент Шавлова Рё Таунса, выданный РІ 1960 Рі., прекратил СЃРІРѕРµ действие (РІ РЎРЁРђ патент действует РІ течение 17 лет). Второй патент РЅР° три широких применения лазера был 17 июля 1979 Рі. выдан Гоулду Патентным Бюро РЎРЁРђ. Гоулд Рє тому времени оставил TRG Рё передал управление СЃРІРѕРёРј долгожданным патентом РѕРґРЅРѕР№ корпорации РІ РќСЊСЋ-Йорке, которая начала компанию РїРѕ получению вознаграждений. РќРѕ производители лазеров, после уплаты вознаграждений Bell Labs РІ течение почти 20 лет, РЅРµ желали платить Гоулду, Рё начались новые судебные тяжбы.
Война патентов
Р’РѕР№РЅР° лазерных патентов свирепствовала 30 лет. Если Р±С‹ Гоулду РІ СЃРІРѕРµ время дали Р±С‹ хороший, квалифицированный совет, то РѕРЅ РјРѕРі Р±С‹ подать заявку РЅР° патент раньше Таунса Рё Шавлова, РІ период СЃРІРѕРёС… записей РІ РЅРѕСЏР±СЂРµ 1957 Рі., Рё, определенно, получил Р±С‹ его. Однако РѕРЅ думал, что сначала должен реализовать СЃРІРѕСЋ идею практически. Таким образом, РѕРЅ упустил время Рё представил СЃРІРѕСЋ РїСЂРѕСЃСЊР±Сѓ спустя только РґРІР° РіРѕРґР° после Таунса Рё Шавлова. РќРѕ, как РјС‹ видели, Гоулд РЅРµ сдался Рё вместе СЃ TRG получил британские патенты РЅР° некоторые различные решения лазерной технологии. Рти патенты РЅРµ сделали Гоулда богатым, РЅРѕ РѕРЅРё содействовали его стремлению поддержать его американские заявки. РљРѕРіРґР° РІ начале 1960-С… РіРі. компания TRG была продана Рё проходила процедура переоформления активов, Гоулд сказал, что ему должны быть возвращены права РЅР° патент. Р’ это время РѕРЅ активно работал РІ лазерной области РІ качестве профессора Бруклинского политехнического института, вплоть РґРѕ 1973 Рі., РєРѕРіРґР° РѕРЅ оставил эту должность Рё основал Optelecom, РѕРґРЅСѓ РёР· первых организаций РїРѕ разработке оптоволоконной СЃРІСЏР·Рё.
В тот же год Апелляционный Патентный Суд США решил по делу о модуляции добротности (методика, позволяющая генерировать одиночные и мощные лазерные импульсы), что патент ШавловаТаунса не описывает адекватно оптическую накачку лазерной среды. В это же время Гоулд решил продать половину своих прав одной нью-йоркской фирме, занимающейся патентным лицензированием (Refac Technology Development Corp.), в обмен на получение своих легальных вознаграждений.
Р�так, РІ 1977 Рі., Патентное Бюро, через 18 лет после подачи заявки, выдало Гоулду патент РЅР° оптическую накачку лазеров (СЂРёСЃ. 49), Рё Refac немедленно уведомила производителей, что РѕРЅРё должны платить вознаграждение Р·Р° лазеры СЃ оптической накачкой. Рто составляло РѕС‚ 3,5 РґРѕ 5% РѕС‚ прибыли, что давало более 1 миллиона долларов РІ РіРѕРґ, Р·Р° счет продажи только твердотельных лазеров. Рћ РґСЂСѓРіРёС… типах лазеров, попадающих РїРѕРґ действие патента, речь РЅРµ шла. Р’ течение действия патента (17 лет) РЅР° оптический мазер Таунса (17 лет), РѕРЅ принес ему только 1 миллион долларов, поскольку Bell Labs, РїРѕ согласованию СЃ правительством, соглашалась запрашивать только минимальные вознаграждения Р·Р° СЃРІРѕРё патенты.
Рис. 49. Чертеж из патента Голда
Поэтому производители лазеров сопротивлялись требованиям платить, и Refac через неделю после получения патента начала процесс против Control Laser Corp, которая была лидером среди семи других лазерных компаний, отказывающихся платить по патенту Гоулда.
В следующем году Гоулд получил второй патент на обширную область применений, включая лазерную технологию. Сообщение об этом повысило стоимость акции Refac на бирже с 10 долларов до 34. Гоудд продал часть своих прав настырным адвокатам и компаниям, которые умели получить прибыль.
РћРґРёРЅ РёР· аргументов, которые компании, отказывающиеся платить, выдвигали РІ судах, заключался РІ том, что информация РІ патенте Гоулда была недостаточной, чтобы построить лазер. Поэтому Гоудд вместе СЃ некоторыми РґСЂСѓРіРёРјРё исследователями РІ Optelecom Inc. Рё РїСЂРё финансовой поддержке фирм, которые купили часть его прав, использовал коммерчески доступные натриевые лампы для накачки органических красителей. Р�спользуя краситель родамин Р’, РѕРЅ построил лазер, опираясь лишь РЅР° ту информацию Рѕ конструкции, которая содержалась РІ его патенте РѕС‚ 1958 Рі., Рё РЅР° информацию, которая была доступна РІ то время. Ртот результат нанес удар РїРѕ компаниям, противившимся его патенту.
Первое дело РІ СЃСѓРґРµ было против маленькой компании General Photonics. РћРЅР° РЅРµ предпринимала сильной защиты, Рё 1 марта 1982 Рі. федеральный СЃСѓРґСЊСЏ постановил выплачивать вознаграждение Р·Р° патент РЅР° оптическую накачку. Однако, РІСЃРєРѕСЂРµ после этого, противники патента добились пересмотра патентов, которые уже были выданы. Р’ начале 1983 Рі. Патентное Бюро отвергло притязания Гоулда. РќРѕ РѕРЅ был упорным Рё СЃРЅРѕРІР° обратился РІ СЃСѓРґ. Рто привело его Рє окончательной победе РІ мае 1987 Рі. Р’ октябре 1987 Рі. Гоулд получил СЃРІРѕР№ третий патент РЅР° газоразрядный лазер Рё четвертый патент РЅР° брюстеровские РѕРєРЅР° для лазеров.
Победы в судах сделали Гоулда мультимиллионером. Кстати, если бы он получил свои патенты без задержки, они принесли бы ему существенно меньше денег, поскольку объем рынка лазеров был сначала невелик. �менно так и случилось с патентом Таунса, срок которого истек до того, как объем лазерной продукции стремительно вырос.
Для людей, которые желают спросить, насколько идеи Таунса и Гоулда развились из общедоступной информации, учитывая, что оба были в Колумбии и хорошо знали друг друга, можно дать ответ, принимая во внимание два соображения.
Первое: идея нуждается в питательной среде для своего развития, т.е. все общие соображения должны быть развиты, прежде чем идея другого человека будет оставлена, но и благоприятно сработает на новую идею. Другими словами, идея пускает корни только в подготовленных умах. Даже если разговоры с Таунсом и дали Гоулду идею, что можно возбуждать атомы путем оптической накачки, Гоулд должен был бы уже разработать концепцию использования инверсной населенности, оптического резонатора и т.д., чтобы объединить их в своем лазерном проекте.
Второе если мы посмотрим, как два человека разрабатывают идею лазера и, конкретно, как они приходят к решению одной из принципиальных проблем, а именно резонатора, мы увидим, что два предложенных решения типичны для их разных индивидуальностей. Таунс изобретатель мазера и эксперт по микроволнам, начинал рассмотрения с куба, с отражающими стенками, т.е. типичной формы микроволнового резонатора. � лишь позднее, по предложению Шавлова, убрал все стенки, кроме двух. Гоулд, с оптической подготовкой, с самого начала рассматривал резонатор, образованный длинной трубкой (~ 1 м) с двумя плоскопараллельными зеркалами на концах, а затем разработал все возможные конфигурации с плоскими внешними зеркалами, сферическими зеркалами, призмами полного внутреннего отражения и т.д.
Гоулд был, прежде всего, изобретателем (РїРѕ свидетельству жены, его идолом СЃ детства был Томас РРґРёСЃРѕРЅ). Набросав РІ своей записной книжке СЌСЃРєРёР· своей идеи Рё СЂСЏРґ РѕСЃРѕР±Рѕ разработанных предложений, РѕРЅ оформил РёС… РІ предложении для контракта РїРѕ монтажу всего устройства. Таунс Рё Шавлов, СЃ РёС… мировоззрением профессиональных физиков, сперва подумали Рѕ написании статьи для сообщения РёС… идеи научному РјРёСЂСѓ, РЅРµ без того, чтобы первыми получить патент (РЅРµ будем забывать, что РёС… поддерживала коммерческая фирма), Рё СѓР¶ затем РѕРЅРё работали над деталями теоретически, прежде чем включиться РІ экспериментальную работу. Поэтому, как следует РёР· этой истории, мало сомнений РІ том, что идея лазера родилась независимо Рё одновременно Сѓ этих трех исследователей[7].
ГЛАВА 13
� НАКОНЕЦ-ТО, ЛАЗЕР!
Сразу же после опубликования работы Шавлова и Таунса и даже до того целый ряд людей стали размышлять о разных способах создания инверсной населенности в инфракрасной и видимой областях. Творческая ментальность исследователя, который стремится улучшить существующие знания и прорваться в новом направлении без предубеждений, приводит почти одновременно и независимо к рассмотрению нескольких различных систем. В ряде случаев, например, как тот, в котором используется излучение, испускаемое за счет стимулированной рекомбинации электрон-дырочных пар в полупроводнике, исследования проводились до обсуждения Шавловым и Таунсом.
Конечно, главные темы исследований были РїРѕРґ воздействием идей этих РґРІСѓС… ученых, Рё большинство людей ожидало, что первая работа лазера осуществится РІ возбужденном газе. РќРѕ получилось так, что первый работающий лазер был создан РІ июле 1960 Рі.[8] РІ Р�сследовательских лабораториях фирмы Hughes (Малибу, Южная Калифорния, РЎРЁРђ) Теодором Мейманом, который использовал СЂСѓР±РёРЅ РІ качестве активного материала. Затем последовало РѕРіСЂРѕРјРЅРѕРµ число РґСЂСѓРіРёС… лазеров РЅР° твердотельных материалах, газах Рё жидкостях. Рто продемонстрировало, что РјРЅРѕРіРёРµ люди РІ различных частях РјРёСЂР° устремились Рє проблеме СЃ разных направлений, работая, более или менее, независимо РґСЂСѓРі РѕС‚ РґСЂСѓРіР°. Более того, РѕРЅРё показали, как, сравнительно легко сделать лазер, после того как поняты основные принципы его работы.
Мейман начинает создавать рубиновый мазер
Теодор Мейман родился в 1927 г. После учебы в университете Колорадо и после получения докторской степени по физике в 1955 г. в Стэнфордском университете по диссертации, посвященной микроволновой спектроскопии, он стал работать в промышленности. Вначале он был исследователем в Lockheed Aircraft, где занимался изучением проблем коммуникаций для управляемых снарядов. Затем он перешел в Hughes для работы над мазером.
Р’Рѕ время своей работы над диссертацией РІ Стэнфорде Мейман изучал тонкую структуру возбужденных состояний гелия. Р’ своей работе РѕРЅ использовал разработанные РёРј измерительные методики, которые представляли комбинацию электроники, техники микроволн Рё оптических РїСЂРёР±РѕСЂРѕРІ. Р’ Hughes РѕРЅ стал работать РІРѕ РІРЅРѕРІСЊ созданном Отделе атомной физики. Главной целью была генерация когерентных частот, более высоких, чем удавалось получать РІ то время. Рто было время, РєРѕРіРґР° появился аммиачный мазер. Р’ Hughes РІРѕР·РЅРёРє большой интерес Рє исследованиям мазеров. Однако Мейман сперва работал РїРѕ РґСЂСѓРіРѕРјСѓ контракту. РљРѕРіРґР° РѕРЅ окончил эту работу, то пожелал работать РІ области фундаментальных исследований, РЅРѕ ведомство РђСЂРјРёРё, которое финансировало эту работу, требовало РІ то время практический мазер, работающий РЅР° длине волны 3 СЃРј. Р�С… РЅРµ интересовали какие-либо научные достижения, РѕРЅРё просто хотели иметь такой мазер, Рё Меймана попросили возглавить проект. РЈ него это РЅРµ вызвало энтузиазма, поскольку проект был чисто техническим, Р° РѕРЅ стремился Рє исследовательской деятельности. РќРѕ затем РѕРЅ заинтересовался Рё, хотя заказчики РЅРµ требовали, чтобы РѕРЅ сделал выдающееся изделие, решил, что может сделать мазер более практичным.
Мазеры в то время имели два серьезных практических недостатка. Главная трудность была в том, что твердотельный мазер (наиболее полезный тип) требовал для своей работы очень низких температур. В самом деле температура жидкого гелия, которая требовалась, всего лишь на 4 К выше абсолютного нуля. Другая проблема была в том, что в обычном мазере использовался огромный магнит весом около двух тонн. Он был нужен, чтобы получить зеемановские уровни, требуемые для работы мазера. Внутри магнита помещался дьюар (специальный сосуд, в котором может продолжительное время сохраняться сжиженный газ). В него приходилось подливать жидкий азот с температурой 166 С, которая была первой стадией охлаждения гелия. В дьюар с жидким азотом помещался второй дьюар с жидким гелием. Сам мазер представлял маленький резонатор с кристаллом внутри него. Все это помещалось в дьюар с жидким гелием, который, в свою очередь, помещался между полюсами магнита. Магнит должен был обеспечить сильное поле во всей области, занимаемой дьюарами, резонатором и кристаллом. Поэтому он имел большие размеры и вес.
Предпочтительным материалом для мазера в то время был рубин. Мейман решил, что он может кое-что сделать, также используя рубин. Он сделал миниатюрный резонатор, используя сам кристалл рубина. С этой целью рубин вырезался в виде маленького параллелепипеда. Его грани покрывались слоем серебра, имеющего высокую проводимость. В одной из стенок, делалось маленькое отверстие. Таким образом получался резонатор и, одновременно, активный материал. Затем он решил, вместо того, чтобы помещать двойной дьюар в громадный магнит, взять маленький постоянный магнит и поместить его в дьюар. Были опасения, что магнит лопнет, но все сработало прекрасно. В результате все устройство стало весить не более 15 кг вместо двух тонн и работало много лучше и много более стабильно, чем прежде.
Позднее он сделал еще меньшие мазеры весом не более 2 кг и разработал горячий мазер, который работал при температуре жидкого азота и даже сухого льда.
