Ảnh: ORNL.gov
Ánh sáng laser lần đầu tiên xuất hiện vào ngày 16 tháng 5, 1960, tại Phòng nghiên cứu Hughes ở Malibu, California khi Theodore Maiman bật dụng cụ cỡ chừng bằng nắm tay của ông lóe ra một đốm màu đỏ sáng lên trên một máy dò quang. Kể từ đó, laser ngày một trở nên nhỏ hơn, mạnh hơn, và không thể thiếu trong công nghệ hiện đại.
“Nó là chiếc bánh xe vô hình. Một nửa tổng sản phẩm quốc nội [của nước Mĩ] về cơ bản là được tác động bởi laser”, phát biểu của Tom Baer, giám đốc quản trị của Trung tâm Nghiên cứu Quang lượng tử học Stanford, Palo Alto, California.
Các laser đã có sự tác động đặc biệt to lớn trong lĩnh vực công nghệ thông tin. Việc truyền dữ liệu bằng tín hiệu ánh sáng laser số hóa trong các sợi quang đã làm cách mạng hóa công nghệ truyền tải dữ liệu. IBM Roadrunner, siêu máy tính nhanh thứ hai thế giới, có hơn 45.000 laser dùng cho việc truyền dữ liệu giữa 133.000 lõi xử lí của nó. Tương tự như vậy, ngành quang học sợi cấu thành nên nền tảng của Internet có hầu như toàn bộ dữ liệu đều truyền trên các tuyến cáp quang.
“Ngày nay, toàn bộ cơ sở hạ tầng kinh tế của chúng ta dựa trên các thông tin gửi đi trong các sợi quang bằng ánh sáng laser”, Baer nói. “Nếu bạn tắt hết ánh sáng laser, điều đó sẽ làm lụn bại nền kinh tế của chúng ta”.
Những lĩnh vực kinh tế khác cũng chịu sự ảnh hưởng tương tự. Các đĩa CD, DVD, và Bluray đều sử dụng laser để đọc thông tin mã hóa trên chúng. Máy cắt laser và đèn hàn laser giữ vai trò thiết yếu trong việc sản xuất và chế tác sản phẩm. Phẫu thuật mắt bằng laser thì ít bị xâm hại sinh học và ít đau hơn so với phẫu thuật mắt thông thường. Các nhà nghiên cứu còn nghĩ rằng một quá trình sử dụng laser để quét ADN sẽ là trọng tâm cho các công nghệ tương lai có thể giải mã bộ gen người với chi phí thấp.
Tuy nhiên, không phải lúc nào người ta cũng nhận ra những điều trên. Vào những năm 1960, Irnee D'Haenens, phụ tá của Maiman, thường nhắc đến phát minh trên là “một lời giải cho một bài toán”. Là sản phẩm của nghiên cứu cơ bản, không ai biết phải làm sao để biến laser thành một ứng dụng thực tiễn.
“Phải mất một thời gian dài người ta mới nhận ra đây là vấn đề vượt ra ngoài phạm vi thu hút của giới hàn lâm”, phát biểu của Jeff Hecht, tác giả của một vài quyển sách viết về lịch sử laser và ngành quang học.
Những đội nghiên cứu khác trên khắp thế giới đã thi nhau thiết kế và chế tạo laser đầu tiên hoạt động được. Không lâu sau khi Maiman hoàn tất laser của ông, các nhà nghiên cứu tại những phòng thí nghiệm khác đã có thể chế tạo những laser của riêng họ. Những laser buổi đầu này đủ sức mạnh để chiếu xuyên thủng qua kim loại, mang đến cuộc chạy đua giữa các đội nghiên cứu khác nhau tranh nhau chế tạo laser mạnh nhất. Các đội đo công suất của những laser buổi đầu này dựa trên số lưỡi dao cạo Gillette mà các chùm tia có thể chiếu xuyên qua.
“Khi việc sản xuất những lasser này trở nên dễ dàng hơn, người ta bắt đầu khảo sát chúng cho những mục đích khác”, Hecht nói.
Sự phát triển những loại laser khác diễn ra ngay sau phát minh ra nó. Các nhà nghiên cứu đã tạo ra các laser sử dụng nhiều loại chất liệu đa dạng như chất khí helium-neon, carbon dioxide và các diode bán dẫn.
Cùng với sự phát triển những loại laser mới là những đột phá thăm dò đầu tiên vào lĩnh vực ứng dụng thương mại. Bằng chứng đầu tiên của quan điểm cho rằng laser có thể dùng trong y khoa xuất hiện vào năm 1961 khi Charles Campbell và Charles Koester sử dụng laser phá hủy khối u mắt của một bệnh nhân. Năm 1965, James Russell phát triển đĩa compact laser đầu tiên, một tiền thân của các đầu đĩa hiện đại và CD,
Một khi các diode laser bé nhỏ và bền có thể được sản xuất hàng loạt, bắt đầu trong những năm 1970, thì các ứng dụng thương mại đến nhanh sau đó. Một máy quét mã vạch ở siêu thị đọc giá của một gói kẹo cao su Wrigley vào năm 1974. Các đầu đĩa laser thương mại được bày bán vào năm 1978 và CD xuất hiện hai năm sau đó, và tuyến cáp quang xuyên Đại Tây Dương đầu tiên mang những cuộc gọi điện thoại quốc tế được lắp đặt vào năm 1988.
“Tôi nghĩ laser thực chất đã làm cách mạng hóa lĩnh vực nghiên cứu khoa học”, phát biểu của C. Kumar Patel, CEO của công ti máy quang phổ laser Pranalytica ở Santa Monica, California. Kumar đã phát minh ra laser CO2 đầu tiên vào năm 1963. “Tôi biết có rất, rất ít nghiên cứu khoa học ngày nay không sử dụng laser theo cách này hay cách khác”, Patel nói.
Kể từ khi phát minh ra chúng, 15 giải Nobel vật lí đã sử dụng laser làm một bộ phận thiết yếu. Năm 1997, thư kí Bộ Năng lượng, tiến sĩ Steven Chu – khi ấy là một nhà nghiên cứu tại trường đại học Stanford – đã được trao giải Nobel cho công trình của ông sử dụng laser để bẫy quang và làm lạnh các đám mây nguyên tử xuống đến một phần của một độ trên không độ tuyệt đối.
Sự khởi động hồi năm ngoái của Thiết bị Đánh lửa Quốc gia tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore ở California, Mĩ, chứng tỏ laser có thể cung cấp năng lượng giá rẻ như thế nào trong tương lai. Các nhà nghiên cứu ở đó hi vọng tạo ra một phản ứng nhiệt hạch duy trì bằng cách chiếu 192 laser mạnh nhất thế giới lên trên một viên nhiên liệu hydrogen nhỏ. Lượng năng lượng thu được từ phản ứng sẽ lớn hơn năng lượng cần thiết để kích hoạt nó, một sự chênh lệch mà các nhà nghiên cứu hi vọng một ngày nào đó sẽ khai thác được.
“Các nhà khoa học và các kĩ sư đã và đang tìm những cách làm mọi thứ tốt hơn, và tìm cách làm những thứ trước đây chưa bao giờ làm được”, Patel nói. “Sự phát minh và phát triển của laser đã khởi động một hoạt động nghiên cứu khoa học thuần túy và trong một thời gian dài vẫn là một hoạt động khoa học... Phải mất một thời gian dài cho một phát minh thật sự trưởng thành và góp phần vào cỗ máy kinh tế chung của quốc gia”.
Theo PhysOrg.com
