Laser sa prvýkrát predstavil verejnosti v máji pred 55 rokmi. Odvtedy sa nerozlučne spája s vývojom v oblasti vedy a techniky. Okrem laboratórií nachádza čoraz širšie uplatnenie aj v každodennom praktickom živote.
„Naše storočie bude závisieť od fotoniky tak, ako 20. storočie záviselo od elektroniky.“
Prvý laser vyhotovili ešte v čase masívnych kondenzátorov a rubínových tyčí. Dnes v súvislosti s laserom hovoríme o attosekundových impulzoch, multimegajoulovej energii, petawatových výkonoch, Blu-ray mechanikách a fibernete (čiže o sieti optických vláken).
Začiatky
Rané obdobie vývoja laserov sa historicky spája s iným typom zdroja, maserom. Maser je špeciálny kvantový generátor zosilneného elektromagnetického žiarenia. Koncom 50. rokov vo vedeckej komunite rezonovala otázka, ako by sa dal postup pri konštrukcii maserov rozšíriť aj do optickej oblasti spektra, a vytvoriť tak laser. Neoficiálne preteky o prvenstvo v konštrukcii lasera vyhral americký fyzik Theodore Maiman, keď 16. mája 1960 na pôde Hughes Research Laboratories v Malibu v Kalifornii predviedol tzv. rubínový laser. Laserový zväzok vytvoril tak, že do špeciálnej tyče z umelého rubínu, ktorá mu slúžila ako aktívne prostredie, vysielal výkonné záblesky obyčajného svetla z výbojky. Generoval impulzy s vlnovou dĺžkou 694,3 nm, teda v červenej oblasti spektra.
Medziobdobie – rozmach technológií
V krátkom odstupe po prvom predvedení lasera sa objavili dodnes využívané zdroje, akými sú héliovo-neónové, argónové či dusíkové lasery, prvá laserová dióda, chemický, farbivový aj excimerový laser (využívajúci kombináciu rôznych plynov, ktorých atómy sa vo vybudenom stave nakrátko zlúčia a pri rozpade uvoľnia ultrafialové žiarenie). Len rok po úvodnej demonštrácii lasera ďalší americký fyzik Peter Franken so svojimi kolegami na Michiganskej univerzite ukázal, ako možno žiarenie z rubínového lasera konvertovať na druhú harmonickú frekvenciu (dvojnásobok základnej frekvencie), a položil tak základy nelineárnej optiky. Zdokonaľovaním laserových zdrojov sa podarilo významne skrátiť výstupné impulzy z lasera. Skrátenie impulzov znamenalo zároveň prudký nárast špičkových výkonov. Okrem toho krátke impulzy znamenajú možnosť vedecky študovať veľmi rýchle procesy, pričom laser nahrádza funkciu stroboskopu.
Ruský fyzik Jurij Denisjuk prišiel v roku 1962 s trojrozmerným záznamom objektov, čím prispel k rozvoju optickej holografie. V roku 1966 sa britskému inžinierovi Georgovi Hochamovi a čínskemu fyzikovi Kuen Kaovi podarilo významne znížiť pokles prenášaného výkonu optického žiarenia na dlhšie vzdialenosti, čo umožnilo rozšírenie optických komunikačných systémov. Ropná kríza z roku 1973 podporila programy laserom iniciovanej nukleárnej fúzie v USA aj v Rusku.
Nárast špičkových výkonov
Väčšiu časť 80. rokov poznačil rozmach laserových technológií pre vojenské využitie v USA aj v ZSSR. 
Ako jeden z vedľajšíchproduktov tohto výskumu po prvýkrát úspešne otestovali v roku 1984 v USA röntgenový laser. V 80. rokoch sa tiež urobili zásadné kroky smerom k extrémne vysokým špičkovým výkonom laserových zdrojov. Tímu Charlesa Shanka z Bell Labs sa podarilo v kolíznom farbivovom laseri (ako zdroj laserového žiarenia využíva roztoky fluorescenčných farbív známych napríklad z potravinárskeho priemyslu) pripraviť impulzy s časovou dĺžkou menej ako 100 femtosekúnd (teda menej ako 0,000 000 000 000 1 s). V roku 1982 na scénu vstúpil titánovo-zafírový laser, dnes jeden z kľúčových vedeckých nástrojov. O tri roky neskôr francúzsky fyzik Gérard Mourou navrhol techniku zosilnenia impulzov pomocou spektrálnej fázovej modulácie, teda javu, využívajúceho rozdielnu dobu, ktorú potrebujú červené a modré fotóny na prechod optickou aparatúrou. Táto metóda umožnila skokový nárast špičkových výkonov a intenzít až na úroveň stoviek terawattov (1 TW = 10+12 W) resp. petawattov (1 PW = 10+15 W). V druhej polovici 80. rokov objavili vláknový laser, zdroj, ktorý namiesto kryštálu, resp. rubínovej tyče využíva úsek tenkého optického vlákna, dopovaného erbiom. Uplatnenie nachádza najmä v oblasti optických komunikácií.
Súčasnosť
Posledné dve desaťročia sa vo vývoji laserov premietli do nových technológií v podobe optického záznamu (CD, DVD, 
Blu-ray) a optických komunikačných systémov (internet, fibernet). Zároveň však prišli aj inovácie, výrazne meniace náš pohľad na realitu. Vzniká a vyvíja sa široká plejáda laserových zdrojov. V polovici 90. rokov sa do praxe dostali dve technológie, ktoré významne ovplyvnili využitie laserov v priemyselných aplikáciách (rezanie, zváranie, obrábanie…): výkonové vláknové lasery a lasery na báze tenkých diskov. Obe technológie ponúkajú kompaktné riešenia a výkony až na úrovni desiatok kW. V roku 1997 skupina rakúskeho fyzika Antona Zeilingera, pôsobiaceho na Viedenskej univerzite, publikovala článok o kvantovej teleportácii (prenos kvantových stavov na diaľku). Článok predstavoval zavŕšenie množstva prác, zaoberajúcich sa kvantovou povahou svetla. V roku 2001 to boli impulzy kratšie než jedna femtosekunda, a tým fyzika obrazne vstúpila do éry attosekúnd (10-18 s). Impulzy prvotných laserových konštrukcií v 60. minulého storočia boli na úrovni milisekúnd (10-3 s). Od roku 2009 prebieha na pôde National Ignition Facility (NIF) v Livermore, v Kalifornii, experiment, ktorého snahou je demonštrácia riadenej nukleárnej fúzie v plazme. Ide o prístup, ktorý má za cieľ pomocou laserových impulzov dosiahnuť fúziu ľahkých izotopov vodíka (deutéria a trícia) a na udržanie plazmy využíva jej vlastnú zotrvačnosť. Prvý zásadnejší úspech ohlásil tím v NIF v septembri 2013.
Budúcnosť
Laser zostáva aj v 21. storočí nenahraditeľným nástrojom v laboratóriu, priemysle a každodennom živote. Čiarové skenery, laserová chirurgia, optické uchovávanie informácií, internet – to sú len niektoré z príkladov dokumentujúcich jeho úspešné ťaženie v poslednom polstoročí. Ako sa zdá, tempo inovácií neustáva, a tak sa možno v blízkej budúcnosti dočkáme aj optických (kvantových) počítačov, optickej kvantovej kryptografie, holografických záznamových médií a možno aj laserovej nukleárnej fúzie.
Autori: RNDr. Dušan Lorenc, PhD.; doc. Ing. Dušan Velič, PhD.; MUDr. Ljuba Bachárová, DrSc.; prof. Ing. František Uherek, PhD.
Medzinárodné laserové centrum, Prírodovedecká fakulta UK
Foto: Medzinárodné laserové centrum
Viac sa dočítate v časopise Quark (číslo 5/2015).
Uverejnila: ZČ