De geschiedenis van lasertechnologie

In het begin was er: Albert Einstein. In het begin van de 20e eeuw nam de beroemde natuurkundige het fenomeen van het licht onder de loep in zijn onderzoek. Een van zijn reflecties draaide om de vraag of licht mogelijk uit individuele "energiepakketten" kon bestaan (kwantumhypothese van Planck - was al bekend). Met het "principe van de gestimuleerde emissie" als gevolg van deze reflecties legde Einstein de basis voor de ontwikkeling van een technologie die we nu kennen als lasertechnologie. Het was echter meer dan 40 jaar geleden dat de natuurkundige Charles Townes de theoretische fundamenten van Einstein in de praktijk bracht op het gebied van de gestimuleerde emissie. Gestimuleerde emissie betekent dat een laseractief medium tijdelijk energie kan opslaan door bijvoorbeeld bestraling met licht. Deze opgeslagen energie kan "krachtig" worden opgehaald - de laserstraal wordt dus versterkt.

Van maser naar laser

Eind jaren '40 experimenteerde Townes met microgolven en in 1951 bouwde hij een apparaat dat deze microgolven kon genereren en versterken. Gebaseerd op de theorie van Einstein, Townes gaf zijn ontdekking de naam "Maser" - een acroniem voor "microgolfversterking door gestimuleerde emissie van straling". Wat mogelijk was met microgolven, d.w.z. de versterking door gestimuleerde emissie van straling, zou ook haalbaar moeten zijn voor infrarood of conventioneel licht, wetende dat naarmate de golflengte afneemt, de kosten voor de bouw van een laser sterk toenemen.

Het duurde echter nog een paar jaar voordat een "lichtversterking door gestimuleerde stralingsemissie", of kortweg laser, daadwerkelijk vanuit deze veronderstelling werd geconstrueerd. Al het materiaal dat nodig is om een laser te bouwen was bekend en beschikbaar. Een flitslamp, een synthetisch vervaardigde robijn gedoteerd met chroom en een metalen huls vormden uiteindelijk de eerste laser in de handen van de natuurkundige Theodore Maiman in 1960. Deskundigen besteedden echter niet direct veel aandacht aan deze ontdekking. Integendeel: toen Maiman zijn bevindingen in een tijdschrift wilde laten drukken, weigerde de redactie de tekst te accepteren - de mogelijkheid om coherente lichtbundels te combineren met een hoge kleurzuiverheid leek te irrelevant, te betekenisloos.

Pas in de loop der jaren werd duidelijk wat er met lasertechnologie mogelijk is. Tegenwoordig bestaat er een breed scala aan lasersystemen. En ze zijn allemaal gebaseerd op het principe dat Einstein in 1917 voorspelde en Theodore Maiman experimenteel aantoonde in 1960.

Evolutie van de laser machine uit de jaren '60

Toen het principe van de lasertechnologie eenmaal bekend was, ging alles ineens sneller in ontwikkeling. Al in 1961 werd een robijnrode laser machine gebruikt in de opthalmologie in de VS. Vooral in de geneeskunde werd de uitvinding al snel een allrounder en luidde het tijdperk van de minimaal invasieve chirurgie in.

Een jaar later, in 1962, werd de halfgeleiderlaser ook in de VS onderzocht. Deze ultracompacte laser kan in continubedrijf worden gebruikt en is zo gemakkelijk te integreren in elektronische componenten.

Voor een hoog straalvermogen, en dus voor industrieel gebruik, werd de eerste CO2-laser uitgevonden door Kumar Patel in 1964. Sindsdien worden met deze laser metalen gesneden, geboord, gemarkeerd of gelast. Ook vandaag de dag zijn CO2-lasers een onmisbaar onderdeel van de moderne productie, meer dan 50 jaar na hun ontdekking.

Vanaf 1966 werd de laserfysica kleurrijk. Met de ontwikkeling van de kleurstoflaser is de golflengte van het laserlicht langs een spectrum van fluorescerende kleurstoffen vrij te kiezen. Sindsdien worden verflasers vooral gebruikt in de spectroscopie.

De laser machine wordt een handelswaar

De nu bijna uitgestorven CD's en CD-ROM's waren vanaf 1972 mogelijk. Met de uitvinding van de halfgeleiderlaser dringt de laserfysica eindelijk door tot de massamarkt. Vanaf de jaren tachtig is de nieuwe technologie van de fotonica, een combinatie van laserdiodes en glasvezeltransmissie, geschikt voor massaproductie en zorgt vandaag voor hoge datasnelheden op het internet.

Uiteindelijk zijn de laserdiodes in 1998 kleiner geworden dan de golflengte van het licht dat ze uitstralen. Sindsdien worden nanolasers gebruikt in de gegevensverwerking, de geneeskunde of de optische signaaloverdracht.

De laser machine vandaag de dag

In de medische sector verwijderen laserstralen tumorweefsel (laser-geïnduceerde thermotherapie), en worden gebruikt om het losmaken van het netvlies te hechten of spataderen te behandelen.

In de cosmetische sector verwijderen lasers oude, ongewenste tatoeages of worden ze gebruikt voor permanente ontharing door middel van epilatie. Door de hoge warmtestraling en de reactieproducten van de thermisch veranderde/vernietigde kleurpigmenten is het gebruik van lasers bij het verwijderen van tatoeages riskant. Toch heeft de methode zich grotendeels als standaard gevestigd.

In de tunnelbouw zorgen lasermachines voor een richtstraal die het uiterst nauwkeurig tunnelen van tunnelingmachines mogelijk maakt.

Verdere toepassingen van lasermachines

De laser is ook alomtegenwoordig in ons dagelijks leven. De lichtstraal brandt cd's, drukt papier af of scant onze aankopen bij de kassa van de supermarkt. Lasers ondersteunen presentaties als laserpointers of worden gebruikt om snel en eenvoudig afstanden te meten.

In de industriële sector worden metalen geboord, gesneden, gemarkeerd of gelast met behulp van lasermachines. Lasers zijn uiterst nauwkeurig, zelfs bij de moeilijkste geometrieën, waar conventionele bewerkingsmethoden zoals draaien of frezen zouden falen.

In het onderzoek worden lasers gebruikt in massaspectrometrie om hogere atomaire of moleculaire toestanden op te wekken of worden ze gebruikt om de atmosfeer te bestuderen.

Het idee van energieproductie door middel van lasers staat nog in de kinderschoenen. Op het gebied van kernfusie produceren krachtige lasers extreem dichte plasma's met een hoge deeltjesdichtheid en temperaturen tot 1 miljoen graden. Het is echter nog steeds niet duidelijk wanneer een stabiele, exotherme kernfusie tot stand kan komen.

Bekijk onze lasers in actie! Vraag nu een demo aan
Vraag nu een demo aan