Марио Бертолотти - История лазера

• Название: История лазера
• Автор: Марио Бертолотти
• Издательство: Издательский Дом «Интеллект»
• Жанр: Физика
• Год: 2011
• ISBN: 978-5-91559-097-6

Книга, которую Вы взяли в руки — редкий сплав добротного изложения основ современной физики и ее истории. История науки предстает здесь в неразрывной связи драмы идей в познании природы и судеб конкретных людей. Все эти выдающиеся исследователи были захвачены в круговорот жестокой истории XX века, которой в книге уделено немало страниц.

Автору удалось совместить рассказы о жизненном пути замечательных личностей с пристальным, шаг за шагом, анализом гипотез, теории и эксперимента.

Для широкого круга читателей, интересующихся современной физикой.

---

6 апреля 1959 г. Гоулд и TRG подали заявку на изобретение лазера в США. За этим последовала серия запросов британских патентов, которые были подтверждены. Шавлов и Таунс уже подали свою заявку в июле 1958 г., и патент был выдан в марте 1960 г. Гоулд и TRG обратились с жалобой в Апелляционный Суд США, аргументируя, что, хотя их заявка была подана после Шавлова и Таунса, идея Гоулда была первой. Принципиальным доказательством являлась записная книжка Гоулда, которая была заверена в пятницу, 16 ноября 1957 г., после разговора с Таунсом. Слушание дела было отложено на 8 декабря 1965 г.

На этом история Гоулда не окончилась. 11 октября 1977 г., после попыток в течение нескольких лет, он, наконец, получил свой патент на лазерный усилитель с оптической накачкой. Этот патент был получен после 18 лет ожидания. Это, пожалуй, рекорд, поскольку три или четыре года — обычное время ожидания! Когда патент Гоулда стал действовать, патент Шавлова и Таунса, выданный в 1960 г., прекратил свое действие (в США патент действует в течение 17 лет). Второй патент на три широких применения лазера был 17 июля 1979 г. выдан Гоулду Патентным Бюро США. Гоулд к тому времени оставил TRG и передал управление своим долгожданным патентом одной корпорации в Нью-Йорке, которая начала компанию по получению вознаграждений. Но производители лазеров, после уплаты вознаграждений Bell Labs в течение почти 20 лет, не желали платить Гоулду, и начались новые судебные тяжбы.

Война патентов

Война лазерных патентов свирепствовала 30 лет. Если бы Гоулду в свое время дали бы хороший, квалифицированный совет, то он мог бы подать заявку на патент раньше Таунса и Шавлова, в период своих записей в ноябре 1957 г., и, определенно, получил бы его. Однако он думал, что сначала должен реализовать свою идею практически. Таким образом, он упустил время и представил свою просьбу спустя только два года после Таунса и Шавлова. Но, как мы видели, Гоулд не сдался и вместе с TRG получил британские патенты на некоторые различные решения лазерной технологии. Эти патенты не сделали Гоулда богатым, но они содействовали его стремлению поддержать его американские заявки. Когда в начале 1960-х гг. компания TRG была продана и проходила процедура переоформления активов, Гоулд сказал, что ему должны быть возвращены права на патент. В это время он активно работал в лазерной области в качестве профессора Бруклинского политехнического института, вплоть до 1973 г., когда он оставил эту должность и основал Optelecom, одну из первых организаций по разработке оптоволоконной связи.

В тот же год Апелляционный Патентный Суд США решил по делу о модуляции добротности (методика, позволяющая генерировать одиночные и мощные лазерные импульсы), что патент Шавлова—Таунса не описывает адекватно оптическую накачку лазерной среды. В это же время Гоулд решил продать половину своих прав одной нью-йоркской фирме, занимающейся патентным лицензированием (Refac Technology Development Corp.), в обмен на получение своих легальных вознаграждений.

Итак, в 1977 г., Патентное Бюро, через 18 лет после подачи заявки, выдало Гоулду патент на оптическую накачку лазеров (рис. 49), и Refac немедленно уведомила производителей, что они должны платить вознаграждение за лазеры с оптической накачкой. Это составляло от 3,5 до 5% от прибыли, что давало более 1 миллиона долларов в год, за счет продажи только твердотельных лазеров. О других типах лазеров, попадающих под действие патента, речь не шла. В течение действия патента (17 лет) на оптический мазер Таунса (17 лет), он принес ему только 1 миллион долларов, поскольку Bell Labs, по согласованию с правительством, соглашалась запрашивать только минимальные вознаграждения за свои патенты.

Рис. 49. Чертеж из патента Голда

Поэтому производители лазеров сопротивлялись требованиям платить, и Refac через неделю после получения патента начала процесс против Control Laser Corp, которая была лидером среди семи других лазерных компаний, отказывающихся платить по патенту Гоулда.

В следующем году Гоулд получил второй патент на обширную область применений, включая лазерную технологию. Сообщение об этом повысило стоимость акции Refac на бирже с 10 долларов до 34. Гоудд продал часть своих прав настырным адвокатам и компаниям, которые умели получить прибыль.

Один из аргументов, которые компании, отказывающиеся платить, выдвигали в судах, заключался в том, что информация в патенте Гоулда была недостаточной, чтобы построить лазер. Поэтому Гоудд вместе с некоторыми другими исследователями в Optelecom Inc. и при финансовой поддержке фирм, которые купили часть его прав, использовал коммерчески доступные натриевые лампы для накачки органических красителей. Используя краситель родамин В, он построил лазер, опираясь лишь на ту информацию о конструкции, которая содержалась в его патенте от 1958 г., и на информацию, которая была доступна в то время. Этот результат нанес удар по компаниям, противившимся его патенту.

Первое дело в суде было против маленькой компании General Photonics. Она не предпринимала сильной защиты, и 1 марта 1982 г. федеральный судья постановил выплачивать вознаграждение за патент на оптическую накачку. Однако, вскоре после этого, противники патента добились пересмотра патентов, которые уже были выданы. В начале 1983 г. Патентное Бюро отвергло притязания Гоулда. Но он был упорным и снова обратился в суд. Это привело его к окончательной победе в мае 1987 г. В октябре 1987 г. Гоулд получил свой третий патент на газоразрядный лазер и четвертый патент на брюстеровские окна для лазеров.

Победы в судах сделали Гоулда мультимиллионером. Кстати, если бы он получил свои патенты без задержки, они принесли бы ему существенно меньше денег, поскольку объем рынка лазеров был сначала невелик. Именно так и случилось с патентом Таунса, срок которого истек до того, как объем лазерной продукции стремительно вырос.

Для людей, которые желают спросить, насколько идеи Таунса и Гоулда развились из общедоступной информации, учитывая, что оба были в Колумбии и хорошо знали друг друга, можно дать ответ, принимая во внимание два соображения.

Первое: идея нуждается в питательной среде для своего развития, т.е. все общие соображения должны быть развиты, прежде чем идея другого человека будет оставлена, но и благоприятно сработает на новую идею. Другими словами, идея пускает корни только в подготовленных умах. Даже если разговоры с Таунсом и дали Гоулду идею, что можно возбуждать атомы путем оптической накачки, Гоулд должен был бы уже разработать концепцию использования инверсной населенности, оптического резонатора и т.д., чтобы объединить их в своем лазерном проекте.

Второе если мы посмотрим, как два человека разрабатывают идею лазера и, конкретно, как они приходят к решению одной из принципиальных проблем, а именно резонатора, мы увидим, что два предложенных решения типичны для их разных индивидуальностей. Таунс — изобретатель мазера и эксперт по микроволнам, начинал рассмотрения с куба, с отражающими стенками, т.е. типичной формы микроволнового резонатора. И лишь позднее, по предложению Шавлова, убрал все стенки, кроме двух. Гоулд, с оптической подготовкой, с самого начала рассматривал резонатор, образованный длинной трубкой (~ 1 м) с двумя плоскопараллельными зеркалами на концах, а затем разработал все возможные конфигурации с плоскими внешними зеркалами, сферическими зеркалами, призмами полного внутреннего отражения и т.д.

Гоулд был, прежде всего, изобретателем (по свидетельству жены, его идолом с детства был Томас Эдисон). Набросав в своей записной книжке эскиз своей идеи и ряд особо разработанных предложений, он оформил их в предложении для контракта по монтажу всего устройства. Таунс и Шавлов, с их мировоззрением профессиональных физиков, сперва подумали о написании статьи для сообщения их идеи научному миру, не без того, чтобы первыми получить патент (не будем забывать, что их поддерживала коммерческая фирма), и уж затем они работали над деталями теоретически, прежде чем включиться в экспериментальную работу. Поэтому, как следует из этой истории, мало сомнений в том, что идея лазера родилась независимо и одновременно у этих трех исследователей[7].

ГЛАВА 13 И НАКОНЕЦ-ТО, ЛАЗЕР!

Сразу же после опубликования работы Шавлова и Таунса и даже до того целый ряд людей стали размышлять о разных способах создания инверсной населенности в инфракрасной и видимой областях. Творческая ментальность исследователя, который стремится улучшить существующие знания и прорваться в новом направлении без предубеждений, приводит почти одновременно и независимо к рассмотрению нескольких различных систем. В ряде случаев, например, как тот, в котором используется излучение, испускаемое за счет стимулированной рекомбинации электрон-дырочных пар в полупроводнике, исследования проводились до обсуждения Шавловым и Таунсом.