Lịch sử Quang học - Phần 9 | Thư Viện Vật Lý

1934-1966

Thời kì giữa thế kỉ 20 bận rộn với Thế chiến thứ hai cùng hậu quả của nó. Chiến tranh Lạnh diễn ra sau đó giữa Liên Xô và Mĩ dưa nghiên cứu tập trung vào các công nghệ hạt nhân đã phát triển từ thời Thế chiến thứ hai, đồng thời chạy đua chiếm lĩnh không gian vũ trụ. Tuy nhiên, ngành quang học vẫn tiếp tục phát triển một bước dài và nhanh.

Truyền hình thập niên 1930

Nhiều loại kính hiển vi chuyên dụng cao đã được phát triển trong những thập niên này. Kính hiển vi điện tử truyền và kính hiển vi điện tử quét đầu tiên được chế tạo vào thập niên 1930, cho phép người ta quan sát ảnh ở độ phân giải cao hơn nhiều so với cái có thể thực hiện với kính hiển vi quang học. Trong thập niên 1950 và 1960, cả hai loại kính hiển vi điện tử trên đã được trau chuốt thêm, được thương mại hóa và bán ra rộng rãi trên thị trường. Kính hiển vi phát xạ trường, phát triển vào năm 1937, cho phép quan sát vật chất ở cấp độ nguyên tử. Kính hiển vi quang học tiếp tục được cải tiến và camera động dùng cho kính hiển vi đã được phát triển để ghi ảnh.

Năm 1951, nhà vật lí người Mĩ Charles Townes đăng kí bằng sáng chế cho ý tưởng chế tạo một dụng cụ khuếch đại sóng điện từ. Hai năm sau đó, ông đã chế tạo ra maser (Khuếch đại Vi sóng bằng Sự phát Bức xạ Cảm ứng) đầu tiên sử dụng phân tử ammonia để khuếch đại bức xạ vi sóng. Phát minh đó dẫn tới sự phát triển của một dụng cụ tương tự, đó là laser (Khuếch đại Ánh sáng bằng Sự phát Bức xạ Cảm ứng), dụng cụ khuếch đại bức xạ ánh sáng nhìn thấy.

Laser được Theodore Maiman (Mĩ) chế tạo vào năm 1960, sử dụng một thỏi ruby nhỏ làm môi trường phát. Các electron của các nguyên tử ruby được năng lượng hóa vào trạng thái kích thích cao và phát ra một chùm ánh sáng cường độ mạnh khi chúng rơi trở xuống trạng thái bình thường của chúng. Kể từ đó, nhiều loại laser khác đã được phát triển, sử dụng các chất liệu khác nhau ở trạng thái rắn, lỏng và khí.

Năm 1948, Dennis Gabor, một nhà khoa học người Anh gốc Hungary, thực hiện các thí nghiệm mang lại một chiếc kính hiển vi điện tử có độ phân giải cao hơn, sử dụng một kĩ thuật ông gọi là tái hiện đầu sóng. Trong khi lúc ấy tham vọng của ông không được thỏa mãn, nhưng kĩ thuật của ông được sử dụng vào đầu những năm 1960. Sử dụng laser mới phát minh ra cùng với kĩ thuật của Gabor, các nhà khoa học có thể tạo ra những ảnh chụp ba chiều gọi là ảnh toàn kí.

Laser ruby giữa thập niên 1960

Sự tái hiện đầu sóng, giờ gọi là kĩ thuật chụp ảnh toàn kí, là kĩ thuật ghi lại thông tin ba chiều về một hình ảnh (ảnh nhiếp ảnh chỉ mang thông tin hai chiều). Đặc biệt hơn, kĩ thuật ảnh toàn kí ghi lại thông tin chi tiết về ánh sáng phản xạ khỏi một vật hay một đối tượng; không chỉ độ sáng tối hay màu sắc của vật, mà cả sự phân bố thật sự của ánh sáng khi nó bị phản xạ. Ảnh toàn kí thu được xuất hiện dưới dạng những đường sọc và đường vòng không thể nhận ra dưới sự chiếu sáng thông thường, nhưng khi chiếu sáng bằng một chùm laser, thì ảnh toàn kí trình ra một miêu tả ba chiều của vật ban đầu.

Vào giữa thập niên 1950, các nhà khoa học phát triển những “bó ghi ảnh” đầu tiên, cuối cùng sẽ dẫn tới sự phát triển của công nghệ sợi quang. Từ lâu, các nhà khoa học đã quan tâm đến tính chất của sự phản xạ nội có thể chiếu sáng các cột nước hoặc các thỏi thủy tinh hoặc thạch anh. Tuy nhiên, họ không thể khai thác hiệu quả nguyên lí đó cho những mục đích khác ngoài việc giải trí.

Camera Polaroid 800 Land (khoảng thập niên 1950)

Năm 1957, công nghệ mới ấy đã đủ phức tạp để dùng trong phẫu thuật làm ống soi dạ dày. Tuy nhiên, các ứng dụng sợi quang dùng cho công nghiệp viễn thông sẽ mất thêm vài thập niên cải tiến công nghệ nữa. Năm 1966, các kĩ sư Charles K. Kao và George A. Hockham công bố một bài báo xúc tiến tính khả thi của công nghệ sợi quang dùng cho viễn thông. Kao tin rằng đa số tổn thất trong sự truyền ánh sáng qua sợi quang là do sự hấp thụ bởi các tạp chất, đáng chú ý nhất là chì, và những tổn thất đó có thể giảm bớt đủ để biến sợi quang thành một môi trường hữu ích dùng cho viễn thông.

Truyền hình bắt đầu bước vào thời đại sau Thế chiến thứ hai, làm thay đổi kịch tính phương thức con người thu nhận thông tin và giải trí. Mặc dù một chuẩn màu đã được thông qua vào năm 1952, nhưng đa số đài truyền hình đã không bắt đầu phát sóng màu cho đến thập niên 1960, khi những bộ ti vi màu trở nên tiện dụng hơn. Những máy tính điện tử đầu tiên đã được phát triển, thiết lập nền tảng cho cuộc cách mạng kĩ thuật số sẽ xảy ra vào ba thập niên cuối của thế kỉ này.

1934 – 1966

1934	Pavel A. Cherenkov (Nga) phát hiện thấy các electron phát ra ánh sáng (bức xạ Cherenkov) khi chúng đi qua một môi trường trong suốt, nếu như chúng chuyển động nhanh hơn tốc độ ánh sáng trong môi trường đó.
1936	Torbjörn Oskar Caspersson (Thụy Điển) sử dụng một chiếc kính hiển vi tử ngoại để nghiên cứu chất liệu di truyền của tế bào.
1937	Erwin W. Müller (Đức-Mĩ) phát minh ra kính hiển vi phát xạ trường. Kĩ thuật này và một phát triển sau đó của nó, kính hiển vi trường ion (1956), đã cho phép người ta chụp ảnh từng nguyên tử một.
1938	James Hillier và Albert Prebus (Canada) chế tạo chiếc kính hiển vi điện tử từ tính truyền qua đầu tiên.
1938	Frits Zernike (Hà Lan) chế tạo chiếc kính hiển tương phản pha đầu tiên, nhờ đó ông được trao giải Nobel vật lí năm 1953. Chiếc kính hiển vi này cho phép người ta nghiên cứu cấu trúc bên trong của các tế bào trong suốt và các vi sinh vật mà không làm ô nhiễm hoặc hủy diệt tế bào.
1946	Tại trường Đại học Pennsylvania, Presper Eckert và John Mauchly khai trương Máy tích phân Số Điện tử và Máy vi tính (ENIAC), chiếc máy tính điện tử kĩ thuật số đa năng đầu tiên.
1947	Edwin H. Land (Mĩ), người sáng lập Polaroid Corporation, phát minh ra nhiếp ảnh lấy liền, một kĩ thuật mang lại ảnh chụp tự rọi trong vòng hàng phút.
1948	Dennis Gabor (Hungary/Anh) tiến hành những thí nghiệm đầu tiên của ông về sự “tái dựng đầu sóng”, một kĩ thuật được thiết kế ra để cải tiến kính hiển vi điện tử. Vào thập niên 1960, sau phát minh ra laser, kĩ thuật của ông được đặt tên lại là “nhiếp ảnh toàn kí” và được dùng để tạo ra những ảnh chụp ba chiều, hay ảnh toàn kí.
1949	W. Albert Hiltner (Mĩ) phát hiện thấy những hạt bụi sao làm phân cực chút ít đối với ánh sáng sao. Điều này mang lại một công cụ nữa để hiểu rõ hơn các hạt bụi sao và môi trường của chúng, đồng thời lập bản đồ từ trường của Dải Ngân hà.
1950	Vera Cooper Rubin (Mĩ) trình bày luận án của bà trước Hội Thiên văn học Hoa Kì trong đó bà đề xuất rằng các thiên hà có thể đang quay xung quanh một tâm chưa được rõ, chứ không phải đang giãn ra như lí thuyết Big Bang mô tả. Lúc ấy, đề xuất này gây nhiều tranh cãi, nhưng những kết quả mới vào đầu thập niên 1970 đã xác thực cho luận án của bà.
1951	F. Roberts tại trường Đại học College ở London, nước Anh, phát minh ra kính hiển vi đốm bay sử dụng một máy quét đốm bay, chiếu qua thị kính, làm nguồn sáng để xác định đặc điểm của các mẫu vật trong suốt.
1951	Erwin W. Müller và Kanwar Bahadur (Mĩ) phát minh ra kính hiển vi trường ion, lần đầu tiên cho phép quan sát các nguyên tử một cách trực tiếp. Đây là một phát triển về kính hiển vi phát xạ trường do Müller phát minh ra vào năm 1937.
1952	Georges Nomarski (Ba Lan/Pháp) phát minh và đăng kí bằng sáng chế cho kính hiển vi tương phản giao thoa vi sai (DIC) dùng cho kính hiển vi quang học.
1954	Nhà khoa học người Hà Lan Abraham Van Heel và nhà khoa học người Anh Harold. H. Hopkins, độc lập nhau, công bố các bài báo nói về các bó ghi ảnh, cái dẫn tới sự phát triển của quang học sợi hiện đại.
1955	Marvin Minsky (Mĩ) phát minh và đăng kí sáng chế kính hiển vi quét đồng tiêu. Mặc dù ông đã chế tạo một nguyên mẫu, nhưng ít người quan tâm đến dụng cụ đó cho đến khi có sự phát minh ra laser vào những năm 1960. Năm 1969, một phiên bản laser của kính hiển vi đồng tiêu được phát triển và đưa vào sử dụng.
1957	Bác sĩ Basil Hirschowitz (Nam Phi/Mĩ) thực hiện ca phẫu thuật nội soi đầu tiên. Đèn nội soi sợi quang, cải tiến từ ống soi dạ dày, được phát triển bởi Hirschowitz cùng với các nhà vật lí Lawrence Curtiss và C. Wilbur Peters.
1957	Sputnik 1, vệ tinh nhân tạo đầu tiên được đưa vào quỹ đạo, do Liên Xô phóng lên, khởi đầu Kỉ nguyên Vũ trụ. Kỉ nguyên này cho phép các nhà thiên văn thực hiện các quan sát và các phép đo bên ngoài ranh giới của Trái đất.
1958	Nước Mĩ phóng ba phi thuyền đầu tiên trong loạt phi thuyền Pioneer của họ, những phi thuyền được thiết kế để thám hiểm vũ trụ xa xôi. Trong khi nhiều phi thuyền không hoàn thành mục tiêu sứ mệnh của mình, thì hai phi thuyền đầu tiên đã mang lại những dữ liệu có ích.
1960	Theodore Maiman (Mĩ) chế tạo laser ruby đầu tiên tại Phòng nghiên cứu Hughes.
1961	Ali Javan, William Bennett, và Donald Herriott chế tạo laser khí (helium-neon) đầu tiên tại Phòng thí nghiệm Bell (Mĩ).
1961	Nhà du hành Xô Viết Yury A. Gagarin thực hiện chuyến bay vũ trụ có người lái đầu tiên.
1964	Chandra K. N. Patel (Mĩ) chế tạo laser carbon dioxide đầu tiên tại Phòng thí nghiệm Bell.
1964	Emmett Leith và Juris Upatnieks tại trường Đại học Michigan tạo ra bức ảnh toàn kí đầu tiên.
1964	William B. Bridges (Mĩ) lãnh đạo một nhóm phát triển laser argon đầu tiên tại Phòng nghiên cứu Công ti Hàng không Hughes.
1966	Peter P. Sorokin và J. R. Lankard (Mĩ) chế tạo laser chất nhuộm hữu cơ đầu tiên.
1966	Các kĩ sư điện Charles K. Kao (Trung Quốc) và George A. Hockham (Anh) công bố một bài báo chủ trương sử dụng công nghệ sợi quang cho ngành viễn thông.
1966	Alain Werts (Pháp) công bố một đề xuất tương tự đề xuất của Kao trên một tạp chí điện tử của Pháp, nhưng cơ quan chủ quản của ông, CSF, không đủ tiền để đầu tư cho nghiên cứu của ông.