Ob Theodore Maiman wusste, dass es an jenem Tag passieren würde, ist nicht überliefert. Aber ihm war klar, dass er nur eine Chance hatte.
"Die haben ihm natürlich nicht soviel Geld gegeben, sodass da auch ein gewisser Druck auf ihm lastete."
Der 33-jährige Physiker musste es allen zeigen: Seinen Chefs, die nicht an seine Idee glaubten, und all den renommierten Kollegen, die sicher waren, er setze aufs falsche Pferd.
"Er hätte nicht noch einmal sein System ändern können. Wenn das mit dem Rubin nicht geklappt hätte, dann wäre Maiman eine völlig unbekannte Figur geblieben im Rahmen der Wissenschaftsgeschichte."
Für die grandiose Aussicht auf den Pazifik, die er von den Hughes Research Labs im kalifornischen Malibu genießt, hat Theodore Maiman am Morgen des 16. Mai 1960 keinen Blick. Er geht ins Labor und traktiert einen roten Rubinkristall mit Lichtpulsen aus einer spiralförmigen Blitzlampe. Das Ergebnis ist bemerkenswert. Der Rubin sendet seinerseits Lichtblitze aus, überraschend helle. So hell, dass es nur eine Erklärung dafür gibt: Der Kristall verstärkt Licht. Für jedes Lichtteilchen schicken die getroffenen Chromatome des Rubins zwei identische auf den Weg.
Aus eins mach’ zwei. Das zugrunde liegende Prinzip der stimulierten Emission hatte Albert Einstein bereits 1917 beschrieben. Der US-Amerikaner Theodore Maiman war der Erste, dem es gelang, auf dieser Basis einen Verstärker für Licht zu bauen. Sein bahnbrechendes Experiment, am 16. Mai 1960, vor fast genau 50 Jahren, markiert die Geburtsstunde des Lasers.
"Ich bin ja aus der Zeit, wo man 1962 Goldfinger mit großer Begeisterung gesehen hat. Und den Laserstrahl, der James Bond kastrieren sollte, bewundert hat. Insofern ist der Laser für jemanden meines Jahrgangs immer im Hinterkopf."
Der promovierte Physiker Ernst-Peter Fischer ist Professor für Wissenschaftsgeschichte an der Universität Konstanz. Sein jüngstes Buch trägt den Titel: "Laser – Eine deutsche Erfolgsgeschichte von Einstein bis heute".
"Der Laser ist sicher eine Jahrhunderttechnologie. Im Augenblick steht er natürlich noch weit hinter dem Transistor zurück. Sie wissen ja, dass es Trillionen von Transistoren gibt, dass jede Sekunde Milliarden von Transistoren neu gebaut werden. Aber der Laser holt so langsam auf. Der Laser selbst ist zunächst einmal eine Energieform. Und die muss ich anders anwenden als einen Transistor. Aber ich vermute, dass wir die Anwendungen noch richtig erleben werden. Es gibt Prognosen von Leute, die mit Lasern arbeiten, damit Geld verdienen, die sagen, dass der Laser als Werkzeug erst am Anfang seiner Entwicklungsmöglichkeiten steht – und das glaube ich auf jeden Fall auch."
Der Laser – eine Mega-Innovation, deren Potenzial noch längst nicht ausgeschöpft ist. So sieht das auch Professor Joachim Wagner, der stellvertretende Leiter des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik in Freiburg.
"Laser ist eine Querschnittstechnologie, die in ganz vielen Bereichen des täglichen Lebens Eingang gefunden hat. Es ist glaube ich heute gar nicht vorstellbar, wie die Welt heute ohne Laser wäre."
Ultraintensive CO2- und Festkörperlaser schneiden Bleche wie Butter und verschweißen sie zu Autokarosserien. Winzige Diodenlaser lesen DVDs und schicken Daten durch Glasfasern rund um den Globus. Chirurgen benutzen Laser als filigrane Skalpelle, Chiphersteller belichten damit Siliziumscheiben. Ohne Laser ließen sich die Einspritzdüsen effizienter Motoren ebenso wenig herstellen, wie Handy-Akkus, Herzschrittmacher und Stents für Infarktpatienten. Fischer:
"Laserlicht ist erstens schön parallel und zweitens im Gleichschritt. Und das ist anders als das Licht einer Glühbirne, da kommen alle möglichen Wellen, Farbkomponenten des Lichts drin vor, die auf alle möglichen Weisen gegeneinander verschoben sind und so durch die Welt laufen. Beim Laser wird das Licht ganz fein gebündelt und kommt gewissermaßen als paralleler Lichtzug daher."
Laser senden einen Schwall perfekt synchronisierter Lichtwellen aus. Alles, was es dazu braucht, ist ein Haufen angeregter Atome, die sich gegenseitig animieren, in ihren Grundzustand zurückzukehren. Fischer:
"Angeregte Atome, die dann in ihren Grundzustand springen, senden Licht aus. Und der Gag, den Albert Einstein entdeckt hat, ist: Wenn die Atome in einem angeregten Zustand sind, und Sie stimulieren diesen angeregten Zustand mit genau dem Licht, das sie selbst aussenden würden, wenn sie in ihren Grundzustand zurückspringen, dann gibt es eine zusätzliche Form der Emission. Und die geht in die exakt gleiche Richtung, in der exakt gleichen Phase. Und das können Sie jetzt aufschaukeln, indem sie so geeignete Resonanzkästchen bauen oder Spiegel an den Rand bauen – und dann das Licht sich aufschaukeln lassen, bis es so als ein wunderbar paralleler, kohärenter, gebündelter Lichtstrahl die Laserstrahlquelle verlässt."
Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung. Auf Englisch heißt das "light amplification by stimulated emission of radiation" und gab dem Laser seinen Namen. Um das Prinzip zu veranschaulichen, empfiehlt Ernst-Peter Fischer einen Konzertbesuch.
"Dann sitzen Sie zunächst mal da und dann fangen die Musiker an, ihre Instrumente zu stimmen. Erst fängt irgendein Geiger an und versucht ein A zu spielen, dann fangen die Bläser an, danach die anderen Streicher. Und dieses A schaukelt sich allmählich auf. Und zum Schluss ist das so ein ganz großer Ton Aaaaaah, der dann nicht den Saal verlässt, weil die Türen geschlossen sind."
Beim Laserstrahl ist es so ähnlich. Seine Entstehung ist der Triumph kollektiver Ordnung über die Kakophonie vieler. Statt ein paar Dutzend Saiten schwingen dabei Milliarden Atome im Takt. Die aufgeschaukelte Lichtwelle wird durch Reflektoren verstärkt und verlässt dann – quasi durch den Türspalt - den Konzertsaal: Als gebündelter Strahl mit genau definierter Frequenz.
"Und dann kam eben dieser kohärente Strahl raus, am 29. Juli. Das habe ich also gesehen. Dieser erste Strahlengang war überwältigend. Das Licht war dann so an der Wand. Es war so hell, dass der Eindruck war: Weiss. In Wirklichkeit war das dunkelrot, aber so hell - das Auge war einfach überbelichtet, nicht wahr."
Dr. Wolfgang Kaiser, emeritierter Physikprofessor von der Technischen Universität München, war 1960 in den USA dabei. Er forschte bei Theodore Maimans Konkurrenz, den Bell Laboratorien bei New York. Nach der Erfolgsmeldung aus Malibu bauten Kaisers damalige Kollegen innerhalb von drei Wochen selbst einen Rubinlaser. Kaiser:
"Und dann war natürlich das zweite Eindrucksvolle: Über ein paar hundert Meter war dieser Strahlengang eng, parallel. So was gibt’s ja nicht. Das ist völlig neu. Diese Laserstrahlung ist wirklich etwas neues, man-made, von Menschenhand erfunden und gemacht, was die Natur nicht kennt. Und deswegen war der erste Eindruck für mich schon überwältigend. Das muss ich schon sagen. Das ist ungeheuer."
Noch im Sommer 1960 schicken die Bell Labs-Forscher einen Laserstrahl 50 Kilometer durch die Luft, von einem Hügel in New Jersey zum nächsten. Auch ohne Linsen und Spiegel bleibt er auf Kurs.
1964 folgte der heute 84-jährige Wolfgang Kaiser einem Ruf an die TU München und wurde einer der Pioniere der Laser-Spektroskopie.
"Die ganze Halbleiterphysik ist frisch aufgerollt worden mit den kurzen Lebensdauern und mit den neuen Möglichkeiten, Gitterschwingungen und was weiß Gott alles anzuschauen. Also: Es gibt doch kaum noch ein Physiklabor, wo nicht irgendwo ein Laser steht."
Nicht weit von Kaisers Ruhesitz das Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching. Wolfgang Ketterle, der deutsche Physiknobelpreisträger von 2001, ging hier in die Lehre. Theodor Hänsch, der 2005 den Anruf aus Stockholm bekam, arbeitet im Nachbarlabor von Ferenc Krausz.
"Wir haben unsere Labors auf zwei Ebenen in diesem Gebäude. Im 1. Stock bauen wir unsere Laser. Und die Kurzpulslaserstrahlen werden dann durch Rohre in das Labor darunter geleitet. Und dort finden dann die Experimente statt mit den Lasern."
Der Physikprofessor und Max Planck-Direktor Dr. Ferenc Krausz ist Experte für die Erzeugung ultrakurzer Laserblitze. Attosekundenphysik - so heißt das Fachgebiet, das der gebürtige Ungar vor einigen Jahren begründet hat.
"Ist ein bisschen unangenehm hier, dass wir Laserbrillen aufsetzen müssen, einfach aus Sicherheitsgründen. Aber ich würde vorschlagen, setzen Sie das bitte schön mal auf…"
Die Forschungsergebnisse von Ferenc Krausz zierten schon mehrfach die Titelseiten renommierter Fachblätter. Im seinem Büro hängt eine Urkunde vom Guiness-Buch der Rekorde, ausgestellt 2008, für den kürzesten Laserblitz aller Zeiten. 80 Attosekunden war er lang, 80 Milliardstel einer Milliardstel Sekunde. Auf diese Zeitskalen muss sich begeben, wer die Elektronen in Atomen und Molekülen in Echtzeit ablichten will. Und genau das macht Ferenc Krausz. Er ist eine Art Elektronen-Paparazzo.
"Bitte kommen Sie rein…"
Der riesige Raum ist abgedunkelt, Lüfter rauschen, Vakuumpumpen surren. Drei junge Männer hantieren an einem Tisch, der bald zehn Meter lang ist. Der Aufbau des Gewirrs von Lasern, Spiegeln und Vakuumkesseln hat Jahre gedauert. Überall Messgeräte, Spannungsquellen, Kabel und Monitore. Krausz:
"In Wirklichkeit kann man aber trotzdem die Funktion dieser Apparatur in einem Satz zum Ausdruck bringen. Das ist nichts anderes als eine ultraschnelle Kamera, mit einer Attosekundenbelichtungszeit."
Ferenc Krausz zeigt auf eine graue Box, die vorn auf dem Tisch montiert ist.
"Hier in diesem Bereich sehen Sie im Wesentlichen den Kurzpulslaser. Der stellt Pulse im Bereich vier bis fünf Femtosekunden Dauer zur Verfügung."
Eine Femtosekunde ist der billiardste Teil einer Sekunde. Seit gut zehn Jahren erst gibt es Laserquellen zu kaufen, die so kurze Lichtblitze erzeugen.
"Und wenn man das nicht mühsam selbst entwickeln will, dann kauft man das. Und dann konzentriert man sich auf den Rest. Nämlich, wie man mit diesen kurzen Pulsen dann den Sprung in den Attosekundenbereich schafft."
Femtosekunden sind die Zeitskala, auf der sich Atome und Moleküle bewegen. Zum Filmen chemischer Reaktionen sind Femtosekundenlaser seit Jahren im Einsatz. Wer die viel flinkeren Elektronen in Echtzeit fotografieren will, braucht tausendmal kürzere Lichtblitze. Sie zu erzeugen, ist eine Wissenschaft für sich.
"Die zweite Hälfte des Tisches dient dazu, mit diesen Femtosekundenpulsen zuerst Attosekundenpulse zu erzeugen. Und dann anschließend mit den Attosekundenpulsen ganz weit hinten in der Vakuumkammer dann die Experimente durchzuführen."
In einem Vakuumkessel in der Mitte des Versuchsaufbaus treffen die Femtosekundenpulse auf Edelgasatome. Dabei schleudern sie deren Elektronen so umher, dass diese ultrakurze Röntgenblitze abstrahlen. Das intensive Stakkato macht die Atome zu mikroskopischen Antennen – Antennen, die Attosekunden-Laserpulse aussenden. Die wiederum nutzen die Forscher dann wie eine Art Stroboskop, um Elektronen in "angeregten Atomen" abzulichten. Krausz:
"Wir können dann im Wesentlichen Schnappschüsse zu einem beliebigen Zeitpunkt nach der Anregung aufnehmen. Und aus diesen Schnappschüssen die Bewegung in Zeitlupe rekonstruieren. Das ist halt die Grundidee."
2002 konnten die Garchinger Forscher auf diese Weise erstmals live verfolgen, wie die Elektronen eines Krypton-Atoms einen Quantensprung machten. Seitdem gewannen sie weitere faszinierende Einblicke in den atomaren Alltag. Sie filmten Ionisationsvorgänge, bei denen Atomen Elektronen entrissen wurden. Und sie beobachteten, wie Elektronen durch Energiebarrieren tunnelten, die laut klassischer Physik unüberwindbar sind.
"In der Praxis spielt sich das so ab, dass man im Laufe des Tages das System hochfährt, sich dann zurückzieht und im Büro was arbeitet, die Messungen vom Vortag auswertet. Und dann in den Abendstunden, wo dann alles in der Umgebung ruhig wird, geht man in der Regel dran und führt die Messungen durch. In der Regel werden die anspruchsvollsten Messungen in Nachtschichten durchgeführt, die oft bis in die frühen Morgenstunden gehen."
Die Elektronen in Atomen und Molekülen live zu beobachten, genügt den Forschern nicht mehr. Momentan tüfteln sie daran, sie aktiv zu beeinflussen. Möglicherweise, so die Hoffnung, ließen sich so einmal elektronische Schaltkreise auf Trab zu bringen. Speziell geformte Laserpulse rücken solche aberwitzig schnellen Elektronen-Schiebereien in greifbare Nähe, sagt Krausz.
"Wir hoffen darauf, dass ein erster Schritt in dieser Richtung noch vor Ende dieses Jahres möglich sein wird."
Ein roter Rubinkristall, eine Blitzlampe und ein verspiegelter Aluminiumzylinder: Mehr braucht Theodore Maiman nicht, um eine neue Ära einzuläuten. Doch auf Maimans Euphorie nach dem Durchbruch folgt Katerstimmung. Seine Chefs bleiben skeptisch, die Fachwelt ebenso. Ein hastig verfasster Artikel, den der junge Physiker beim Fachblatt Physical Review Letters einreicht, wird abgelehnt. Theodore Maiman wittert ein Komplott des wissenschaftlichen Establishments. Schließlich war ihm praktisch im Alleingang gelungen, woran sich renommierte Köpfe seit über zwei Jahren die Zähne ausbissen.
Zum Beispiel in den Bell Laboratorien bei New York. Ein halbes Dutzend Nobelpreisträger bevölkerte die legendäre Forschungsstätte des Telefonriesen AT&T. 1947 hatte man hier den Transistor erfunden. Der Laser, das war allen klar, wäre das nächste große Ding. Der Wettlauf um seine Entwicklung begann im Dezember 1958, als die beiden Bell Labs-Physiker Charles Townes und Arthur Schawlow einen Artikel mit dem Titel "Infrarote und Optische Maser" veröffentlichten. Darin erklärten sie, wie sich eine damals etablierte Methode, Mikrowellen zu verstärken, auf Licht übertragen ließe. Es war die Blaupause für den Bau des Lasers. Kaiser:
"Die Arbeit ist hervorragend und hat den Anlass gegeben, dass Dutzende von Leuten sich mit der Laser-Idee verbunden haben. Verschiedene Wege wurden versucht. Über Halbleiter, über Kristalle, die dotiert waren. Der Rubin, der nun der erste war, wurde weitgehend ausgeschlossen, weil die Leistung, um ihn anzuregen, sehr, sehr hoch sein musste. Und man hat nicht gewusst, ob man diese hohen Leistungen je erreichen würde."
Fischer:
"Und dann gab es eine große Tagung, wo alle Experten, die da was zu sagen hatten, zusammen gekommen sind. Das war 1959. Und da sind die ganz großen Super-Experten aufgestanden und haben gesagt: Laserlicht wird es auf keinen Fall mit Rubin geben. Und da hat Maiman gesagt: Doch."
Theodore Maiman braucht eine extrem helle Blitzlampe, um die Chromatome des roten Kristalls wenigstens kurzzeitig zur stimulierten Emission anzuregen. Also durchstöbert er alle Kataloge und kauft die hellste Blitzlampe, die seinerzeit zu bekommen ist: Ein zentimetergroßes, spiralförmiges Gebilde. In seiner Mitte platziert er das Rubinstäbchen, dessen Enden mit Silber verspiegelt sind. Damit möglichst viel Licht darauf fällt, packt er das Ganze in eine reflektierende Metallhülse. Kaiser:
"Die Anlage, die der Maiman vorgeschlagen hat - Blitzlampe und ein Stäbchen und so was - das war nix Aufregendes. Das konnte man im Photoladen kaufen."
Und genau das, resümierte der streitbare Laser-Pionier Maiman später einmal, sei das Geheimnis seines Erfolgs gewesen.
"Ich habe nur Dinge verwendet, die es bereits gab. Ich verschwendete weder Zeit noch Geld, um eine spezielle Lampe zu entwickeln oder eine neue Art von Kristall. Stattdessen benutzte ich Rubin, der in der Natur vorkommt und schon damals in sehr hoher Reinheit industriell hergestellt werden konnte. Ich habe die Rubinstäbe für meine Experimente einfach bestellt und gekauft, genau wie die Blitzlampe. Der Rest war reines Handwerk."
Am 6. August 1960 wird Maimans Fachartikel doch noch gedruckt. Allerdings stark gekürzt, als halbseitiger Text im Fachmagazin "Nature". Von einem gebündelten Lichtstrahl, wie er für einen Laser charakteristisch ist, steht darin kein Wort. Wolfgang Kaiser von der ehemaligen Konkurrenz tut sich deshalb schwer, Theodore Maiman als den eigentlichen Lasererfinder zu bezeichnen.
"Einen working laser hat der Maiman in meinen Augen nicht gefunden. Das tut mir leid. Er hatte deutliche Hinweise auf stimulierte Emission. Er hat auf den blitzgepumpten Rubin verwiesen. Aber was ich unter einem Laser verstehe, ist die kohärente Strahlung. Und die hat er nicht gesehen."
Am 1. Oktober 1960 publizierten Kaiser und Kollegen von den Bell Labs ihre eigene Arbeit über den Rubinlaser. Die Ergebnisse waren viel schöner und wasserdicht dokumentiert. An der Tatsache, dass Maiman den Weg wies, ändere das aber nichts, sagt Ernst-Peter Fischer.
"Danach haben dann die Experten in New York in den großen Bell Laboratorien mit 20, 30 Leuten das alles besser und schneller hingekriegt. Das ist dann immer noch toll, aber kein wirkliches Kunststück mehr. Also ich würde wirklich gern Theodor Maimann als den eigentlichen Erfinder des Lasers feiern. Und nicht jetzt das Genörgel von Leuten, die als zweite ins Ziel gekommen sind, ernst nehmen."
Luli, das klingt nach einer schummrigen Bar im Rotlichtviertel. Doch es sind andere Gründe, die Besucher aus aller Welt nach Paris locken. Luli ist ein Hochenergielaserlabor an der École Polytechnique. In einem gigantischen roten Stahlcontainer findet sich hier eine der weltweit leistungsfähigsten Lichtmaschinen. Die CNRS-Forschungsdirektorin Claude Chenet-Popovich führt in einen Raum voller Steuerkonsolen und Computermonitore.
"Wir befinden uns hier im Kontrollraum. Luli 2000 hat eine Energie von 2000 Joule und besteht genau genommen aus zwei Laserstrahlen mit je 1000 Joule. Wir benutzen ihn für Experimente zur Kernfusion, zur Astro- und Teilchenphysik. Mit den Bildschirmen und Reglern hier wird der Laser gesteuert. Seine infraroten Lichtblitze dauern eine milliardstel Sekunde und liefern Leistungen von vielen Tausend Gigawatt. Weil so ein Schuss ziemlich gefährlich ist, ist es verboten, in der Laserhalle oder einem der Labors zu sein, wenn gefeuert wird."
Mit staubfangenden Gamaschen an den Füßen geht es in die Laserhalle.
"Oui, c’est grand. Donc ce qu’on voit ici, c’est la fin du laser…"
Von der Aussichtsplattform fällt der Blick auf ein Gewirr aus Rohren. Auseinandergefaltet wären die Strahlrohre mehrere Hundert Meter lang. Optische Verstärker längs der Rohre machen die Lichtstrahlen unterwegs immer energiereicher. Damit sich die optischen Komponenten nicht überhitzen, werden die Strahlen sukzessive aufgeweitet – am Ende bis auf 20 Zentimeter Durchmesser. Mehr als vier bis fünf Schüsse pro Tag sind trotzdem nicht drin. Im angrenzenden Experimentierraum treffen die beiden Lichtpulse auf eine violette Strahlkugel mit Bullaugen. Milka haben die Forscher das Ding wegen seiner Farbe getauft. Chenet-Popovich
"Das ist die Versuchskammer. Hierhin bringen wir die Proben, die wir mit dem Laser bombardieren wollen. Das Innere wird luftleer gepumpt, denn sobald wir den Laser fokussieren – typischerweise auf Durchmesser von einigen Zehntel Millimetern – würde er sonst Luftmoleküle ionisieren. Es gäbe also einen künstlichen Blitz."
Im Winkel von 45 Grad treffen die Strahlen zeitgleich auf die Probe - und pulverisieren sie in Sekundenbruchteilen. Aufgrund der enormen Energie entstehen dabei Drücke und Temperaturen, die denen in der Sonne ähneln. Hochgeschwindigkeitskameras und Spektrometer registrieren, was sich dabei abspielt. Astrophysiker nutzen die Daten, um Theorien zum Lebenszyklus von Sternen zu prüfen. Und Kernphysiker, um das Sonnenfeuer vielleicht schon bald auf die Erde zu holen. Mittels Kernfusion.
Der große Bruder von Luli steht im kalifornischen Livermore. Es ist der derzeit stärkste Laser auf dem Planeten: Seine 192 Einzelstrahlen liefern noch einmal Tausendmal mehr Energie als Luli. Auf einen Punkt fokussiert sollen sie ein Wasserstoffkügelchen auf 100 Millionen Grad erhitzen und noch in diesem Jahr erstmals seine Atomkerne verschmelzen. Das Fernziel: Eine umweltfreundliche Energiequelle, die unerschöpflich ist.
David gegen Goliath, Theodore Maiman gegen die Bell Labs - der Zwist um die Frage, wer nun tatsächlich den ersten Laser gebaut hat, zieht sich jahrzehntelang hin. Genau wie ein bizarrer Patentstreit, der schließlich damit endet, dass ein eigentlich nur am Rande beteiligter Physiker namens Gordon Gould Millionen kassiert. Theodore Maiman gründet 1962 seine eigene Laserfirma und macht seine Erfindung zu viel Geld.
Nachdem das kohärente Licht 1960 erst einmal in der Welt war, ging es Schlag auf Schlag. Während die frühen Rubinlaser nur alle paar Sekunden einen Lichtblitz aussandten, strahlte im selben Jahr der erste Gaslaser bereits kontinuierlich. 1962 emittierte erstmals auch ein Sandwich aus Halbleiterfilmen Laserlicht. Wolfgang Kaiser.
"Wenn ich mich recht erinnere lief der erste Halbleiter-Laser auch bei tiefer Temperatur, Helium, 4 Grad Kelvin. Dann lief er, auch kurzzeitig, sagen wir mal Mikrosekunden. Und bereits nach Wochen oder ein paar Monaten ist er bei Zimmertemperatur gegangen, ist im Dauerstrich gelaufen, nicht geblitzt, und hat vielleicht schon Milliwatt gebracht. Also die Entwicklungen, die sind damals ungeheuer gewesen, schnell und gewaltig. Nicht nur mal ein Faktor 2 oder 3, sondern 1000, 10.000, 100.000."
Der Diodenlaser ebnete den Weg für Miniaturisierung und Massenproduktion. Seine Nachfahren stecken in Supermarktkassen und DVD-Playern und schicken Daten durch Glasfasernetze. Ohne sie gäbe es weder das Internet, noch die Möglichkeit, für ein paar Cent pro Minute mit alten Bekannten in den USA zu telefonieren. Kaiser:
"Und wenn das nicht so billig wäre, die Kommunikation, dann gäbe es keine globale Wirtschaft. Das globale Leben, auch wie wir denken, das ist, weil alles so billig ist. Der Informationstransfer ist billig. Und das geht auf den Laser zurück. Also der Laser, der trifft uns überall."
50 Jahre nach ihrer Erfindung sind Laser ein Milliardengeschäft. Tendenz weiter steigend. Denn bei den Anwendungen sei das Ende der Fahnenstange noch längst nicht erreicht, erklärt Joachim Wagner vom Freiburger Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik.
"Es gibt drei Stoßrichtungen. Zum Einen: Leistung kann nur durch noch mehr Leistung ersetzt werden. Im Bereich Materialbearbeitung, Schweißen, da hängt die Frage, wie lange brauche ich, um ein Auto zu schweißen, davon ab, wie stark der Laser ist. Je stärker der Laser, desto schneller kann ich schweißen. Dann geht es in den Bereich, dass ich immer mehr Wellenlängen, immer mehr Farben – jetzt nicht nur im sichtbaren Bereich, sondern auch im kurzwelligen UV oder langwelligen Infraroten mit leistungsstarken Lasern abdecken kann. Dass ich auch beim Laser im Betrieb die Farbe, die Wellenlänge verändern kann. Das ist gerade für die Sensorik ganz wichtig. Und das Dritte ist: Die Laser immer kleiner, immer effizienter zu machen. Denken Sie also nur an irgendwelche tragbaren DVD-Player, wie klein da der Laser ist. Das hat die Größe von einem Zuckerkorn, der eigentliche Laserchip. Das sind so grob die Stoßrichtungen, wo die Forschung weiter geht."
Nur eine Anwendung lässt noch immer auf sich warten: die potente Strahlenkanone, von der kalte Krieger lange träumten. Sie gibt es nach wie vor nur im Kino. Fischer:
"Tatsächlich hat man bei diesem Laser sofort an eine Strahlenwaffe gedacht. Die ganze Popularität des Lasers - dass man sofort gedacht hat, ich kann damit über Kilometer genau einen Lichtstrahl auf eine gegnerische Rakete schicken, um die dann verdampfen zu lassen - das sind Phantasien, die sind sehr früh von den Science-Fiction-Leuten gespeist worden. Und tatsächlich ist es so, als Maiman die erste Pressekonferenz gegeben hat und gefragt wurde, wo kann man das denn einsetzen? Da hat er alles Mögliche genannt, also Augenheilkunde, schweißen, Löcher bohren. Und dann war die Pressekonferenz fast schon zu Ende, dann war noch eine letzte Frage eines Reporters: Kann man das auch militärisch verwenden? Da hat Maiman gesagt: Das kann ich nicht ausschließen. Und dann stand am nächsten Tag in der Zeitung: Kalifornischer Forscher entdeckt neue Todesstrahlen."
Den Regisseur von Goldfinger hat das offenbar beeindruckt. Ursprünglich sollte eine Kreissäge Agent 007 auf der Streckbank bedrohen. Den roten Laserstrahl montierte der Filmemacher nachträglich ins Bild.
Theodore Maiman wird mehrmals für den Nobelpreis nominiert, geht aber immer leer aus. Nach seinem Erfolgsrezept befragt, führt er einmal sein gesundes Misstrauen gegenüber Autoritäten an. Albert Einstein hätte das gefallen. Der Laser-Pionier Theodore Maiman starb 2007 in Vancouver. Sein Licht wird noch lange leuchten.
Links zum Thema:
Seit 1955 beschäftigen sich die Mitglieder der US-amerikanischen Organisation SPIE - Society of Photographic Instrumentation Engineers - mit dem Thema Licht und Strahlung bei optischen Instrumenten in Medizin und Industrie. SPIE veranstaltet Kongresse und Ausstellungen zum Laser. Im Februar veröffentliche SPIE ein Video aus dem Jahre 1983, in dem Ted Maiman auf die ersten Publikationen zum Laser einging.
spie.org/x38947.xml?Articl...
Ganz im Zeichen des Laser-Jubiläums steht auch das Technologie-Magazin Wired. Im Online-Archiv gibt es einen Artikel aus dem Jahre 2008, kurz nach dem Tod von Theodore Maiman.
www.wired.com/science/disc...
Genau vor 25 Jahren nahm in Aachen eines der führenden deutschen Laser-Institute, das Fraunhofer Institut für Lasertechnik seinen Betrieb auf. Vom 4.-6. Mai 2010 veranstaltete das ILT den 10. Int. Laser Technology Congress
Die Website zum Thema Laser schlechthin ist das ganze Jahr über www.laserfest.org in Englisch, das deutsche Gegenstück ist www.50-jahre-laser.com
Zu sehen sind auf der Seite auch Filme mit Werkzeugmaschinen zum Laserschneiden - gestern und heute
Im Fernsehen erklärte Maiman einst seine Entdeckung und Komponenten seines ersten Rubin-Lasers. Anschauen lässt sich dies unter www.laserfest.org/lasers/v...
Aus Videoaufnahmen aus den Fraunhofer-Instituten stellt die Redaktion Forschung aktuell den folgenden Film zusammen: <object width="462" height="300" data="../themes/dradio/flash/player.swf" type="application/x-shockwave-flash"><param name="src" value="../themes/dradio/flash/player.swf"></param><param name="flashvars" value="file=http://www.dradio.de/media/forschak/laserfilm.flv&stretching=exactfit&image=http://www.dradio.de/media/forschak/start_laserfilm.jpg"></param></object>
"Die haben ihm natürlich nicht soviel Geld gegeben, sodass da auch ein gewisser Druck auf ihm lastete."
Der 33-jährige Physiker musste es allen zeigen: Seinen Chefs, die nicht an seine Idee glaubten, und all den renommierten Kollegen, die sicher waren, er setze aufs falsche Pferd.
"Er hätte nicht noch einmal sein System ändern können. Wenn das mit dem Rubin nicht geklappt hätte, dann wäre Maiman eine völlig unbekannte Figur geblieben im Rahmen der Wissenschaftsgeschichte."
Für die grandiose Aussicht auf den Pazifik, die er von den Hughes Research Labs im kalifornischen Malibu genießt, hat Theodore Maiman am Morgen des 16. Mai 1960 keinen Blick. Er geht ins Labor und traktiert einen roten Rubinkristall mit Lichtpulsen aus einer spiralförmigen Blitzlampe. Das Ergebnis ist bemerkenswert. Der Rubin sendet seinerseits Lichtblitze aus, überraschend helle. So hell, dass es nur eine Erklärung dafür gibt: Der Kristall verstärkt Licht. Für jedes Lichtteilchen schicken die getroffenen Chromatome des Rubins zwei identische auf den Weg.
Aus eins mach’ zwei. Das zugrunde liegende Prinzip der stimulierten Emission hatte Albert Einstein bereits 1917 beschrieben. Der US-Amerikaner Theodore Maiman war der Erste, dem es gelang, auf dieser Basis einen Verstärker für Licht zu bauen. Sein bahnbrechendes Experiment, am 16. Mai 1960, vor fast genau 50 Jahren, markiert die Geburtsstunde des Lasers.
"Ich bin ja aus der Zeit, wo man 1962 Goldfinger mit großer Begeisterung gesehen hat. Und den Laserstrahl, der James Bond kastrieren sollte, bewundert hat. Insofern ist der Laser für jemanden meines Jahrgangs immer im Hinterkopf."
Der promovierte Physiker Ernst-Peter Fischer ist Professor für Wissenschaftsgeschichte an der Universität Konstanz. Sein jüngstes Buch trägt den Titel: "Laser – Eine deutsche Erfolgsgeschichte von Einstein bis heute".
"Der Laser ist sicher eine Jahrhunderttechnologie. Im Augenblick steht er natürlich noch weit hinter dem Transistor zurück. Sie wissen ja, dass es Trillionen von Transistoren gibt, dass jede Sekunde Milliarden von Transistoren neu gebaut werden. Aber der Laser holt so langsam auf. Der Laser selbst ist zunächst einmal eine Energieform. Und die muss ich anders anwenden als einen Transistor. Aber ich vermute, dass wir die Anwendungen noch richtig erleben werden. Es gibt Prognosen von Leute, die mit Lasern arbeiten, damit Geld verdienen, die sagen, dass der Laser als Werkzeug erst am Anfang seiner Entwicklungsmöglichkeiten steht – und das glaube ich auf jeden Fall auch."
Der Laser – eine Mega-Innovation, deren Potenzial noch längst nicht ausgeschöpft ist. So sieht das auch Professor Joachim Wagner, der stellvertretende Leiter des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik in Freiburg.
"Laser ist eine Querschnittstechnologie, die in ganz vielen Bereichen des täglichen Lebens Eingang gefunden hat. Es ist glaube ich heute gar nicht vorstellbar, wie die Welt heute ohne Laser wäre."
Ultraintensive CO2- und Festkörperlaser schneiden Bleche wie Butter und verschweißen sie zu Autokarosserien. Winzige Diodenlaser lesen DVDs und schicken Daten durch Glasfasern rund um den Globus. Chirurgen benutzen Laser als filigrane Skalpelle, Chiphersteller belichten damit Siliziumscheiben. Ohne Laser ließen sich die Einspritzdüsen effizienter Motoren ebenso wenig herstellen, wie Handy-Akkus, Herzschrittmacher und Stents für Infarktpatienten. Fischer:
"Laserlicht ist erstens schön parallel und zweitens im Gleichschritt. Und das ist anders als das Licht einer Glühbirne, da kommen alle möglichen Wellen, Farbkomponenten des Lichts drin vor, die auf alle möglichen Weisen gegeneinander verschoben sind und so durch die Welt laufen. Beim Laser wird das Licht ganz fein gebündelt und kommt gewissermaßen als paralleler Lichtzug daher."
Laser senden einen Schwall perfekt synchronisierter Lichtwellen aus. Alles, was es dazu braucht, ist ein Haufen angeregter Atome, die sich gegenseitig animieren, in ihren Grundzustand zurückzukehren. Fischer:
"Angeregte Atome, die dann in ihren Grundzustand springen, senden Licht aus. Und der Gag, den Albert Einstein entdeckt hat, ist: Wenn die Atome in einem angeregten Zustand sind, und Sie stimulieren diesen angeregten Zustand mit genau dem Licht, das sie selbst aussenden würden, wenn sie in ihren Grundzustand zurückspringen, dann gibt es eine zusätzliche Form der Emission. Und die geht in die exakt gleiche Richtung, in der exakt gleichen Phase. Und das können Sie jetzt aufschaukeln, indem sie so geeignete Resonanzkästchen bauen oder Spiegel an den Rand bauen – und dann das Licht sich aufschaukeln lassen, bis es so als ein wunderbar paralleler, kohärenter, gebündelter Lichtstrahl die Laserstrahlquelle verlässt."
Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung. Auf Englisch heißt das "light amplification by stimulated emission of radiation" und gab dem Laser seinen Namen. Um das Prinzip zu veranschaulichen, empfiehlt Ernst-Peter Fischer einen Konzertbesuch.
"Dann sitzen Sie zunächst mal da und dann fangen die Musiker an, ihre Instrumente zu stimmen. Erst fängt irgendein Geiger an und versucht ein A zu spielen, dann fangen die Bläser an, danach die anderen Streicher. Und dieses A schaukelt sich allmählich auf. Und zum Schluss ist das so ein ganz großer Ton Aaaaaah, der dann nicht den Saal verlässt, weil die Türen geschlossen sind."
Beim Laserstrahl ist es so ähnlich. Seine Entstehung ist der Triumph kollektiver Ordnung über die Kakophonie vieler. Statt ein paar Dutzend Saiten schwingen dabei Milliarden Atome im Takt. Die aufgeschaukelte Lichtwelle wird durch Reflektoren verstärkt und verlässt dann – quasi durch den Türspalt - den Konzertsaal: Als gebündelter Strahl mit genau definierter Frequenz.
"Und dann kam eben dieser kohärente Strahl raus, am 29. Juli. Das habe ich also gesehen. Dieser erste Strahlengang war überwältigend. Das Licht war dann so an der Wand. Es war so hell, dass der Eindruck war: Weiss. In Wirklichkeit war das dunkelrot, aber so hell - das Auge war einfach überbelichtet, nicht wahr."
Dr. Wolfgang Kaiser, emeritierter Physikprofessor von der Technischen Universität München, war 1960 in den USA dabei. Er forschte bei Theodore Maimans Konkurrenz, den Bell Laboratorien bei New York. Nach der Erfolgsmeldung aus Malibu bauten Kaisers damalige Kollegen innerhalb von drei Wochen selbst einen Rubinlaser. Kaiser:
"Und dann war natürlich das zweite Eindrucksvolle: Über ein paar hundert Meter war dieser Strahlengang eng, parallel. So was gibt’s ja nicht. Das ist völlig neu. Diese Laserstrahlung ist wirklich etwas neues, man-made, von Menschenhand erfunden und gemacht, was die Natur nicht kennt. Und deswegen war der erste Eindruck für mich schon überwältigend. Das muss ich schon sagen. Das ist ungeheuer."
Noch im Sommer 1960 schicken die Bell Labs-Forscher einen Laserstrahl 50 Kilometer durch die Luft, von einem Hügel in New Jersey zum nächsten. Auch ohne Linsen und Spiegel bleibt er auf Kurs.
1964 folgte der heute 84-jährige Wolfgang Kaiser einem Ruf an die TU München und wurde einer der Pioniere der Laser-Spektroskopie.
"Die ganze Halbleiterphysik ist frisch aufgerollt worden mit den kurzen Lebensdauern und mit den neuen Möglichkeiten, Gitterschwingungen und was weiß Gott alles anzuschauen. Also: Es gibt doch kaum noch ein Physiklabor, wo nicht irgendwo ein Laser steht."
Nicht weit von Kaisers Ruhesitz das Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching. Wolfgang Ketterle, der deutsche Physiknobelpreisträger von 2001, ging hier in die Lehre. Theodor Hänsch, der 2005 den Anruf aus Stockholm bekam, arbeitet im Nachbarlabor von Ferenc Krausz.
"Wir haben unsere Labors auf zwei Ebenen in diesem Gebäude. Im 1. Stock bauen wir unsere Laser. Und die Kurzpulslaserstrahlen werden dann durch Rohre in das Labor darunter geleitet. Und dort finden dann die Experimente statt mit den Lasern."
Der Physikprofessor und Max Planck-Direktor Dr. Ferenc Krausz ist Experte für die Erzeugung ultrakurzer Laserblitze. Attosekundenphysik - so heißt das Fachgebiet, das der gebürtige Ungar vor einigen Jahren begründet hat.
"Ist ein bisschen unangenehm hier, dass wir Laserbrillen aufsetzen müssen, einfach aus Sicherheitsgründen. Aber ich würde vorschlagen, setzen Sie das bitte schön mal auf…"
Die Forschungsergebnisse von Ferenc Krausz zierten schon mehrfach die Titelseiten renommierter Fachblätter. Im seinem Büro hängt eine Urkunde vom Guiness-Buch der Rekorde, ausgestellt 2008, für den kürzesten Laserblitz aller Zeiten. 80 Attosekunden war er lang, 80 Milliardstel einer Milliardstel Sekunde. Auf diese Zeitskalen muss sich begeben, wer die Elektronen in Atomen und Molekülen in Echtzeit ablichten will. Und genau das macht Ferenc Krausz. Er ist eine Art Elektronen-Paparazzo.
"Bitte kommen Sie rein…"
Der riesige Raum ist abgedunkelt, Lüfter rauschen, Vakuumpumpen surren. Drei junge Männer hantieren an einem Tisch, der bald zehn Meter lang ist. Der Aufbau des Gewirrs von Lasern, Spiegeln und Vakuumkesseln hat Jahre gedauert. Überall Messgeräte, Spannungsquellen, Kabel und Monitore. Krausz:
"In Wirklichkeit kann man aber trotzdem die Funktion dieser Apparatur in einem Satz zum Ausdruck bringen. Das ist nichts anderes als eine ultraschnelle Kamera, mit einer Attosekundenbelichtungszeit."
Ferenc Krausz zeigt auf eine graue Box, die vorn auf dem Tisch montiert ist.
"Hier in diesem Bereich sehen Sie im Wesentlichen den Kurzpulslaser. Der stellt Pulse im Bereich vier bis fünf Femtosekunden Dauer zur Verfügung."
Eine Femtosekunde ist der billiardste Teil einer Sekunde. Seit gut zehn Jahren erst gibt es Laserquellen zu kaufen, die so kurze Lichtblitze erzeugen.
"Und wenn man das nicht mühsam selbst entwickeln will, dann kauft man das. Und dann konzentriert man sich auf den Rest. Nämlich, wie man mit diesen kurzen Pulsen dann den Sprung in den Attosekundenbereich schafft."
Femtosekunden sind die Zeitskala, auf der sich Atome und Moleküle bewegen. Zum Filmen chemischer Reaktionen sind Femtosekundenlaser seit Jahren im Einsatz. Wer die viel flinkeren Elektronen in Echtzeit fotografieren will, braucht tausendmal kürzere Lichtblitze. Sie zu erzeugen, ist eine Wissenschaft für sich.
"Die zweite Hälfte des Tisches dient dazu, mit diesen Femtosekundenpulsen zuerst Attosekundenpulse zu erzeugen. Und dann anschließend mit den Attosekundenpulsen ganz weit hinten in der Vakuumkammer dann die Experimente durchzuführen."
In einem Vakuumkessel in der Mitte des Versuchsaufbaus treffen die Femtosekundenpulse auf Edelgasatome. Dabei schleudern sie deren Elektronen so umher, dass diese ultrakurze Röntgenblitze abstrahlen. Das intensive Stakkato macht die Atome zu mikroskopischen Antennen – Antennen, die Attosekunden-Laserpulse aussenden. Die wiederum nutzen die Forscher dann wie eine Art Stroboskop, um Elektronen in "angeregten Atomen" abzulichten. Krausz:
"Wir können dann im Wesentlichen Schnappschüsse zu einem beliebigen Zeitpunkt nach der Anregung aufnehmen. Und aus diesen Schnappschüssen die Bewegung in Zeitlupe rekonstruieren. Das ist halt die Grundidee."
2002 konnten die Garchinger Forscher auf diese Weise erstmals live verfolgen, wie die Elektronen eines Krypton-Atoms einen Quantensprung machten. Seitdem gewannen sie weitere faszinierende Einblicke in den atomaren Alltag. Sie filmten Ionisationsvorgänge, bei denen Atomen Elektronen entrissen wurden. Und sie beobachteten, wie Elektronen durch Energiebarrieren tunnelten, die laut klassischer Physik unüberwindbar sind.
"In der Praxis spielt sich das so ab, dass man im Laufe des Tages das System hochfährt, sich dann zurückzieht und im Büro was arbeitet, die Messungen vom Vortag auswertet. Und dann in den Abendstunden, wo dann alles in der Umgebung ruhig wird, geht man in der Regel dran und führt die Messungen durch. In der Regel werden die anspruchsvollsten Messungen in Nachtschichten durchgeführt, die oft bis in die frühen Morgenstunden gehen."
Die Elektronen in Atomen und Molekülen live zu beobachten, genügt den Forschern nicht mehr. Momentan tüfteln sie daran, sie aktiv zu beeinflussen. Möglicherweise, so die Hoffnung, ließen sich so einmal elektronische Schaltkreise auf Trab zu bringen. Speziell geformte Laserpulse rücken solche aberwitzig schnellen Elektronen-Schiebereien in greifbare Nähe, sagt Krausz.
"Wir hoffen darauf, dass ein erster Schritt in dieser Richtung noch vor Ende dieses Jahres möglich sein wird."
Ein roter Rubinkristall, eine Blitzlampe und ein verspiegelter Aluminiumzylinder: Mehr braucht Theodore Maiman nicht, um eine neue Ära einzuläuten. Doch auf Maimans Euphorie nach dem Durchbruch folgt Katerstimmung. Seine Chefs bleiben skeptisch, die Fachwelt ebenso. Ein hastig verfasster Artikel, den der junge Physiker beim Fachblatt Physical Review Letters einreicht, wird abgelehnt. Theodore Maiman wittert ein Komplott des wissenschaftlichen Establishments. Schließlich war ihm praktisch im Alleingang gelungen, woran sich renommierte Köpfe seit über zwei Jahren die Zähne ausbissen.
Zum Beispiel in den Bell Laboratorien bei New York. Ein halbes Dutzend Nobelpreisträger bevölkerte die legendäre Forschungsstätte des Telefonriesen AT&T. 1947 hatte man hier den Transistor erfunden. Der Laser, das war allen klar, wäre das nächste große Ding. Der Wettlauf um seine Entwicklung begann im Dezember 1958, als die beiden Bell Labs-Physiker Charles Townes und Arthur Schawlow einen Artikel mit dem Titel "Infrarote und Optische Maser" veröffentlichten. Darin erklärten sie, wie sich eine damals etablierte Methode, Mikrowellen zu verstärken, auf Licht übertragen ließe. Es war die Blaupause für den Bau des Lasers. Kaiser:
"Die Arbeit ist hervorragend und hat den Anlass gegeben, dass Dutzende von Leuten sich mit der Laser-Idee verbunden haben. Verschiedene Wege wurden versucht. Über Halbleiter, über Kristalle, die dotiert waren. Der Rubin, der nun der erste war, wurde weitgehend ausgeschlossen, weil die Leistung, um ihn anzuregen, sehr, sehr hoch sein musste. Und man hat nicht gewusst, ob man diese hohen Leistungen je erreichen würde."
Fischer:
"Und dann gab es eine große Tagung, wo alle Experten, die da was zu sagen hatten, zusammen gekommen sind. Das war 1959. Und da sind die ganz großen Super-Experten aufgestanden und haben gesagt: Laserlicht wird es auf keinen Fall mit Rubin geben. Und da hat Maiman gesagt: Doch."
Theodore Maiman braucht eine extrem helle Blitzlampe, um die Chromatome des roten Kristalls wenigstens kurzzeitig zur stimulierten Emission anzuregen. Also durchstöbert er alle Kataloge und kauft die hellste Blitzlampe, die seinerzeit zu bekommen ist: Ein zentimetergroßes, spiralförmiges Gebilde. In seiner Mitte platziert er das Rubinstäbchen, dessen Enden mit Silber verspiegelt sind. Damit möglichst viel Licht darauf fällt, packt er das Ganze in eine reflektierende Metallhülse. Kaiser:
"Die Anlage, die der Maiman vorgeschlagen hat - Blitzlampe und ein Stäbchen und so was - das war nix Aufregendes. Das konnte man im Photoladen kaufen."
Und genau das, resümierte der streitbare Laser-Pionier Maiman später einmal, sei das Geheimnis seines Erfolgs gewesen.
"Ich habe nur Dinge verwendet, die es bereits gab. Ich verschwendete weder Zeit noch Geld, um eine spezielle Lampe zu entwickeln oder eine neue Art von Kristall. Stattdessen benutzte ich Rubin, der in der Natur vorkommt und schon damals in sehr hoher Reinheit industriell hergestellt werden konnte. Ich habe die Rubinstäbe für meine Experimente einfach bestellt und gekauft, genau wie die Blitzlampe. Der Rest war reines Handwerk."
Am 6. August 1960 wird Maimans Fachartikel doch noch gedruckt. Allerdings stark gekürzt, als halbseitiger Text im Fachmagazin "Nature". Von einem gebündelten Lichtstrahl, wie er für einen Laser charakteristisch ist, steht darin kein Wort. Wolfgang Kaiser von der ehemaligen Konkurrenz tut sich deshalb schwer, Theodore Maiman als den eigentlichen Lasererfinder zu bezeichnen.
"Einen working laser hat der Maiman in meinen Augen nicht gefunden. Das tut mir leid. Er hatte deutliche Hinweise auf stimulierte Emission. Er hat auf den blitzgepumpten Rubin verwiesen. Aber was ich unter einem Laser verstehe, ist die kohärente Strahlung. Und die hat er nicht gesehen."
Am 1. Oktober 1960 publizierten Kaiser und Kollegen von den Bell Labs ihre eigene Arbeit über den Rubinlaser. Die Ergebnisse waren viel schöner und wasserdicht dokumentiert. An der Tatsache, dass Maiman den Weg wies, ändere das aber nichts, sagt Ernst-Peter Fischer.
"Danach haben dann die Experten in New York in den großen Bell Laboratorien mit 20, 30 Leuten das alles besser und schneller hingekriegt. Das ist dann immer noch toll, aber kein wirkliches Kunststück mehr. Also ich würde wirklich gern Theodor Maimann als den eigentlichen Erfinder des Lasers feiern. Und nicht jetzt das Genörgel von Leuten, die als zweite ins Ziel gekommen sind, ernst nehmen."
Luli, das klingt nach einer schummrigen Bar im Rotlichtviertel. Doch es sind andere Gründe, die Besucher aus aller Welt nach Paris locken. Luli ist ein Hochenergielaserlabor an der École Polytechnique. In einem gigantischen roten Stahlcontainer findet sich hier eine der weltweit leistungsfähigsten Lichtmaschinen. Die CNRS-Forschungsdirektorin Claude Chenet-Popovich führt in einen Raum voller Steuerkonsolen und Computermonitore.
"Wir befinden uns hier im Kontrollraum. Luli 2000 hat eine Energie von 2000 Joule und besteht genau genommen aus zwei Laserstrahlen mit je 1000 Joule. Wir benutzen ihn für Experimente zur Kernfusion, zur Astro- und Teilchenphysik. Mit den Bildschirmen und Reglern hier wird der Laser gesteuert. Seine infraroten Lichtblitze dauern eine milliardstel Sekunde und liefern Leistungen von vielen Tausend Gigawatt. Weil so ein Schuss ziemlich gefährlich ist, ist es verboten, in der Laserhalle oder einem der Labors zu sein, wenn gefeuert wird."
Mit staubfangenden Gamaschen an den Füßen geht es in die Laserhalle.
"Oui, c’est grand. Donc ce qu’on voit ici, c’est la fin du laser…"
Von der Aussichtsplattform fällt der Blick auf ein Gewirr aus Rohren. Auseinandergefaltet wären die Strahlrohre mehrere Hundert Meter lang. Optische Verstärker längs der Rohre machen die Lichtstrahlen unterwegs immer energiereicher. Damit sich die optischen Komponenten nicht überhitzen, werden die Strahlen sukzessive aufgeweitet – am Ende bis auf 20 Zentimeter Durchmesser. Mehr als vier bis fünf Schüsse pro Tag sind trotzdem nicht drin. Im angrenzenden Experimentierraum treffen die beiden Lichtpulse auf eine violette Strahlkugel mit Bullaugen. Milka haben die Forscher das Ding wegen seiner Farbe getauft. Chenet-Popovich
"Das ist die Versuchskammer. Hierhin bringen wir die Proben, die wir mit dem Laser bombardieren wollen. Das Innere wird luftleer gepumpt, denn sobald wir den Laser fokussieren – typischerweise auf Durchmesser von einigen Zehntel Millimetern – würde er sonst Luftmoleküle ionisieren. Es gäbe also einen künstlichen Blitz."
Im Winkel von 45 Grad treffen die Strahlen zeitgleich auf die Probe - und pulverisieren sie in Sekundenbruchteilen. Aufgrund der enormen Energie entstehen dabei Drücke und Temperaturen, die denen in der Sonne ähneln. Hochgeschwindigkeitskameras und Spektrometer registrieren, was sich dabei abspielt. Astrophysiker nutzen die Daten, um Theorien zum Lebenszyklus von Sternen zu prüfen. Und Kernphysiker, um das Sonnenfeuer vielleicht schon bald auf die Erde zu holen. Mittels Kernfusion.
Der große Bruder von Luli steht im kalifornischen Livermore. Es ist der derzeit stärkste Laser auf dem Planeten: Seine 192 Einzelstrahlen liefern noch einmal Tausendmal mehr Energie als Luli. Auf einen Punkt fokussiert sollen sie ein Wasserstoffkügelchen auf 100 Millionen Grad erhitzen und noch in diesem Jahr erstmals seine Atomkerne verschmelzen. Das Fernziel: Eine umweltfreundliche Energiequelle, die unerschöpflich ist.
David gegen Goliath, Theodore Maiman gegen die Bell Labs - der Zwist um die Frage, wer nun tatsächlich den ersten Laser gebaut hat, zieht sich jahrzehntelang hin. Genau wie ein bizarrer Patentstreit, der schließlich damit endet, dass ein eigentlich nur am Rande beteiligter Physiker namens Gordon Gould Millionen kassiert. Theodore Maiman gründet 1962 seine eigene Laserfirma und macht seine Erfindung zu viel Geld.
Nachdem das kohärente Licht 1960 erst einmal in der Welt war, ging es Schlag auf Schlag. Während die frühen Rubinlaser nur alle paar Sekunden einen Lichtblitz aussandten, strahlte im selben Jahr der erste Gaslaser bereits kontinuierlich. 1962 emittierte erstmals auch ein Sandwich aus Halbleiterfilmen Laserlicht. Wolfgang Kaiser.
"Wenn ich mich recht erinnere lief der erste Halbleiter-Laser auch bei tiefer Temperatur, Helium, 4 Grad Kelvin. Dann lief er, auch kurzzeitig, sagen wir mal Mikrosekunden. Und bereits nach Wochen oder ein paar Monaten ist er bei Zimmertemperatur gegangen, ist im Dauerstrich gelaufen, nicht geblitzt, und hat vielleicht schon Milliwatt gebracht. Also die Entwicklungen, die sind damals ungeheuer gewesen, schnell und gewaltig. Nicht nur mal ein Faktor 2 oder 3, sondern 1000, 10.000, 100.000."
Der Diodenlaser ebnete den Weg für Miniaturisierung und Massenproduktion. Seine Nachfahren stecken in Supermarktkassen und DVD-Playern und schicken Daten durch Glasfasernetze. Ohne sie gäbe es weder das Internet, noch die Möglichkeit, für ein paar Cent pro Minute mit alten Bekannten in den USA zu telefonieren. Kaiser:
"Und wenn das nicht so billig wäre, die Kommunikation, dann gäbe es keine globale Wirtschaft. Das globale Leben, auch wie wir denken, das ist, weil alles so billig ist. Der Informationstransfer ist billig. Und das geht auf den Laser zurück. Also der Laser, der trifft uns überall."
50 Jahre nach ihrer Erfindung sind Laser ein Milliardengeschäft. Tendenz weiter steigend. Denn bei den Anwendungen sei das Ende der Fahnenstange noch längst nicht erreicht, erklärt Joachim Wagner vom Freiburger Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik.
"Es gibt drei Stoßrichtungen. Zum Einen: Leistung kann nur durch noch mehr Leistung ersetzt werden. Im Bereich Materialbearbeitung, Schweißen, da hängt die Frage, wie lange brauche ich, um ein Auto zu schweißen, davon ab, wie stark der Laser ist. Je stärker der Laser, desto schneller kann ich schweißen. Dann geht es in den Bereich, dass ich immer mehr Wellenlängen, immer mehr Farben – jetzt nicht nur im sichtbaren Bereich, sondern auch im kurzwelligen UV oder langwelligen Infraroten mit leistungsstarken Lasern abdecken kann. Dass ich auch beim Laser im Betrieb die Farbe, die Wellenlänge verändern kann. Das ist gerade für die Sensorik ganz wichtig. Und das Dritte ist: Die Laser immer kleiner, immer effizienter zu machen. Denken Sie also nur an irgendwelche tragbaren DVD-Player, wie klein da der Laser ist. Das hat die Größe von einem Zuckerkorn, der eigentliche Laserchip. Das sind so grob die Stoßrichtungen, wo die Forschung weiter geht."
Nur eine Anwendung lässt noch immer auf sich warten: die potente Strahlenkanone, von der kalte Krieger lange träumten. Sie gibt es nach wie vor nur im Kino. Fischer:
"Tatsächlich hat man bei diesem Laser sofort an eine Strahlenwaffe gedacht. Die ganze Popularität des Lasers - dass man sofort gedacht hat, ich kann damit über Kilometer genau einen Lichtstrahl auf eine gegnerische Rakete schicken, um die dann verdampfen zu lassen - das sind Phantasien, die sind sehr früh von den Science-Fiction-Leuten gespeist worden. Und tatsächlich ist es so, als Maiman die erste Pressekonferenz gegeben hat und gefragt wurde, wo kann man das denn einsetzen? Da hat er alles Mögliche genannt, also Augenheilkunde, schweißen, Löcher bohren. Und dann war die Pressekonferenz fast schon zu Ende, dann war noch eine letzte Frage eines Reporters: Kann man das auch militärisch verwenden? Da hat Maiman gesagt: Das kann ich nicht ausschließen. Und dann stand am nächsten Tag in der Zeitung: Kalifornischer Forscher entdeckt neue Todesstrahlen."
Den Regisseur von Goldfinger hat das offenbar beeindruckt. Ursprünglich sollte eine Kreissäge Agent 007 auf der Streckbank bedrohen. Den roten Laserstrahl montierte der Filmemacher nachträglich ins Bild.
Theodore Maiman wird mehrmals für den Nobelpreis nominiert, geht aber immer leer aus. Nach seinem Erfolgsrezept befragt, führt er einmal sein gesundes Misstrauen gegenüber Autoritäten an. Albert Einstein hätte das gefallen. Der Laser-Pionier Theodore Maiman starb 2007 in Vancouver. Sein Licht wird noch lange leuchten.
Links zum Thema:
Seit 1955 beschäftigen sich die Mitglieder der US-amerikanischen Organisation SPIE - Society of Photographic Instrumentation Engineers - mit dem Thema Licht und Strahlung bei optischen Instrumenten in Medizin und Industrie. SPIE veranstaltet Kongresse und Ausstellungen zum Laser. Im Februar veröffentliche SPIE ein Video aus dem Jahre 1983, in dem Ted Maiman auf die ersten Publikationen zum Laser einging.
spie.org/x38947.xml?Articl...
Ganz im Zeichen des Laser-Jubiläums steht auch das Technologie-Magazin Wired. Im Online-Archiv gibt es einen Artikel aus dem Jahre 2008, kurz nach dem Tod von Theodore Maiman.
www.wired.com/science/disc...
Genau vor 25 Jahren nahm in Aachen eines der führenden deutschen Laser-Institute, das Fraunhofer Institut für Lasertechnik seinen Betrieb auf. Vom 4.-6. Mai 2010 veranstaltete das ILT den 10. Int. Laser Technology Congress
Die Website zum Thema Laser schlechthin ist das ganze Jahr über www.laserfest.org in Englisch, das deutsche Gegenstück ist www.50-jahre-laser.com
Zu sehen sind auf der Seite auch Filme mit Werkzeugmaschinen zum Laserschneiden - gestern und heute
Im Fernsehen erklärte Maiman einst seine Entdeckung und Komponenten seines ersten Rubin-Lasers. Anschauen lässt sich dies unter www.laserfest.org/lasers/v...
Aus Videoaufnahmen aus den Fraunhofer-Instituten stellt die Redaktion Forschung aktuell den folgenden Film zusammen: <object width="462" height="300" data="../themes/dradio/flash/player.swf" type="application/x-shockwave-flash"><param name="src" value="../themes/dradio/flash/player.swf"></param><param name="flashvars" value="file=http://www.dradio.de/media/forschak/laserfilm.flv&stretching=exactfit&image=http://www.dradio.de/media/forschak/start_laserfilm.jpg"></param></object>