Seks forskere: Her er laserens fremtid

Tidsskriftet Physics World har spurgt seks eksperter om, hvilken betydning laser har haft og vil få i de kommende år inden for deres områder. Områder, hvor danske forskere og virksomheder kan komme til at spille en stor rolle.

Astronomen Claire Max fra University of California, Santa Cruz, beskriver laserens betydning for store jordbaserede teleskoper.

På grund af atmosfærisk turbulens kan de store professionelle teleskoper med spejle på otte-ti meter i diameter ikke umiddelbart give skarpere billeder end små 20 cm-teleskoper, der bruges af amatørastronomer.

I 1980'erne opdagede man dog, at man med lasere kan lave en kunstig stjerne på himlen med veldefinerede egenskaber. Med adaptiv optik kan man hele tiden tilpasse teleskopets 'syn', så den kunstige stjerne står skarpt og derved eliminere effekten af turbulens i atmosfæren.

Den kunstige stjerne laves med en laser med en effekt på 5-15 watt - en typisk laser-pointer har til sammenligning en effekt på omkring 1 mW.

Der benyttes en gul laser, som er indstillet til en resonans i natriumatomet ved 589 nanometer. Når laserstrålen skydes op på himlen, giver det anledning til en kunstig stjerne i en højde af ca. 95 km, der opstår i forbindelse med natriumatomer i Jordens øvre atmosfære.

Laserkøling og optiske pincetter

Siden 1970'erne har lasere været uundværlige inden for atomfysikken. Det påpeger William Philips fra National Institute of Standards and Technology i USA, der i 1997 modtog Nobelprisen i fysik sammen med bl.a. USA's nuværende energiminister Steven Chu for køling af atomer med laserlys.

Han mener, at lasere i fremtiden kan komme til at spille en væsentlig rolle inden for faststoffysikken og med være til at give en bedre forståelse af eksempelvis superledning ved høje temperaturer.

Biofysikeren Steven Block fra Stanford University i Californien peger på laserens betydning for udviklingen af optiske pincetter til at fastholde eksempelvis proteiner og aminosyrer, så de kan studeres under et mikroskop.

Kravet er en stabilt laser beam inden for et område på 0,1 nanometer, der svarer til diameteren på et brintatom, over et tidsrum på adskillige sekunder. Han ser frem til, at udviklingen inden for små diodelasere gør det muligt, at de snart kan blive i taget i brug.

I Danmark er optiske pincetter også et aktivt forskningsområde både på Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet og i Jesper Glückstads forskningsgruppe på DTU Fotonik.

Ifølge forfatteren Jeff Hecht fra USA er laservåben et aktivt forskningsområde. Det begyndte med Ronald Reagans stjernekrigsprojekt i 1980'erne, som bl.a. førte frem til udviklingen en megawatt Airborne Laser (ABL), der om bord på en ombygget Boeing 747 kunne nedskyde missiler fra slyngelstater.

Sidste år oplyste den amerikanske forsvarsminister Robert Gates dog, at ABL kun havde en rækkevidde på 140 km - en del mindre det ønskede på 200 km.

Nu arbejdes der med faststoflasere med en effekt på 100 kW, der bl.a. kan bruges til at detonere sprængstof på en sikker afstand. Det er håbet, at man med lasere på 100-400 kW kan ødelægge raketter og morterer på flere kilometers afstand.

Test af Einsteins teorier

John Madey fra University of Hawaii peger på frielektron-lasere som et områder med helt nye muligheder. Frielektron-lasere udnytter den specielle relativitetsteoris principper til at danne elektromagnetisk stråling fra relativistiske elektroner, der bevæger sig gennem et periodisk magnetfelt.

Princippet blev udviklet i midten af 1970'erne. For nylig har man taget en stor frielektron-laser i brug ved SLAC National Accelerator Laboratory i Californien. Også i Hamborg er man ved at bygge frielektron-laseren XFEL - bl.a. med dansk støtte.

Eric Gustafson fra California Institute of Technology forklarer, at lasere kan være med til at eftervise nogle af effekterne af Einsteins generelle relativitetsteori. Det gælder eksempelvis eksperimenter, der skal måle tyngdebølger - de små forandringer i den firedimensionale rumtid, der opstår omkring sorte huller og neutronstjerner og udbreder sig gennem rum og tid for til sidst at kunne måles på Jorden.

Effekten er dog så lille, at der endnu ikke foreligger direkte observationer af tyngdebølger. I 1990'erne begyndte man dog at bygge observatorier i Tyskland, Italien og USA, der skal måle tyngdebølgerne med brug af lasere.

Der foregår nu en opgradering af eksperimenterne til kraftigere lasere på 200 W. I rummet planlægges et stort lasereksperiment (LISA), der også har til hensigt at måle tyngdebølger. Her foretrækker man dog diodepumpede faststoflasere, der har høj pålidelighed, hvilket er et afgørende krav i et rumeksperiment.

Forkortet - læs hele artiklen i Elektronik-sektionen i den trykte udgave af Ingeniøren.

Dokumentation

Læs mere om LISA-eksperimentet hos Nasa