Laser

Het verstoten robijnstaafje bracht de grote doorbraak

Ted Maiman (Los Angeles, 11 juli 1927 – Vancouver, 5 mei 2007)

De eerste keer dat een breed publiek met een laserstraal kennismaakte, was in de James Bondfilm Goldfinger (1964). In een beroemde scène ligt Bond, gespeeld door Sean Connery, vastgebonden op een tafel van goud.

Een laserstraal die de tafel in de lengte doormidden snijdt, baant zich al knetterend een weg tussen Bonds gespreide benen.

Bond gebruikt eerst zijn flegma als wapen en zegt tegen Goldfinger: ‘Thank you for the demonstration.’ Als de straal zijn kruis nadert, krijgt de geheim agent het toch benauwd en vraagt: ‘You expect me to talk?’ Waarop Goldfinger antwoordt: ‘No, Mr.

Bond, I expect you to die.’
In werkelijkheid was de tafel eerst doormidden gezaagd en daarna overschilderd. Vervolgens deed iemand vanonder de tafel met een brander de lijm smelten.

De straal ziet eruit als de vlam van een lasapparaat; ze knettert ook, terwijl een echte laser in dit geval nauwelijks warmte en geen geluid zou hebben geproduceerd.

Dodende straal

De laserstraal was op dat ogenblik nog maar vier jaar oud. Zeer tot ongenoegen van uitvinder Ted Maiman was ze vanaf de eerste dag als death ray in het nieuws gekomen, als dodende straal.

Hoewel de lasertechniek vandaag de dag via cd-speler, dvd-speler, cd-brander en glasvezelkabel in vele woonkamers aanwezig is, zou de connotatie met ‘dodende straal’ nooit helemaal verdwijnen.

Dat kwam zo: op 7 juli 1960 presenteerde Maimans bedrijf Hughes Research het revolutionaire licht op een persconferentie in het Newyorkse Delmonico Hotel.

Een journalist van The Chicago Tribune vroeg hem achteraf of de laserstraal ook als wapen kon worden gebruikt. Maiman: ‘Ik legde hem uit dat ik aan uiteenlopende vormen van gebruik had gedacht, om gegevens door te seinen, voor industriële, chemische en medische doeleinden, maar niet aan wapens. Hij bleef aandringen – het was mijn eerste contact met de media – en ik zei dat laser misschien over twintig jaar als wapen zou kunnen worden gebruikt. Hij zei: “Dat wilde ik horen.” ’s Anderendaags hadden alle kranten het verhaal op de voorpagina: “LA Man Discovers Science Fiction Death Ray.” Eén krant had voor de gelegenheid rode inkt gebruikt. Alleen The New York Times versloeg mijn verhaal correct.’

De fysicus schrok toen de bekende actrice Bette Davis hem enkele maanden later op een receptie vroeg: ‘Hoe voelt het aan iets te hebben bedacht dat de mensheid zoveel vernietiging brengt?’ Maiman: ‘Mijn mond viel open.’ Het beeld van de dodende straal achtervolgde hem nog vele jaren. ‘Ik ken niemand die eraan overleden is’, was zijn standaardantwoord, ‘wel velen die er hun leven aan te danken hebben.’

Er bestaat een mooie foto van de 73-jarige Maiman, in zijn huis in Vancouver, met naast zich aan de muur een grote tekening van een Einstein-met-wilde-haardos. Vele uitvinders willen wel met Einstein koketteren, maar tussen Einstein en Maiman bestaat wel degelijk een rechtstreeks verband.

Het was Einstein die al in 1916 theoretisch aantoonde dat je atomen met een bombardement van licht zodanig kunt opladen dat een sterke lichtimpuls tevoorschijn komt.

Het woord ‘laser’ is een letterwoord, komende van L.A.S.E.R., wat staat voor Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (letterlijk: lichtversterking door gestimuleerde uitzending van straling).

Robijnmaser

Ted Maiman werd in 1927 in Los Angeles geboren, maar hij groeide op in Denver, Colorado. Zijn vader was een elektronica-ingenieur die werkte voor AT&T.

Vader Abe Maiman ontwikkelde onder meer de eerste elektronische stethoscoop. ‘We horen veel meer’, zeiden de artsen, ‘maar we hebben geen idee wat we met die geluiden moeten aanvangen.’ Een uitspraak die lijkt op wat zoon Ted Maiman te horen zou krijgen.

Hoe dan ook slaagde vader Maiman erin zijn droom van de toepassing van elektronica in de medische wereld op zijn zoon over te brengen. Ted studeerde in Stanford eerst af als elektronica-ingenieur, gespecialiseerd in optica, en daarna doctoreerde hij als fysicus.

Die combinatie van praktijk en theorie zou hem later in het wetenschappelijk onderzoek grote voorsprong geven. Vanaf 1955 – hij was toen 28 jaar oud – was hij op zoek naar een baan.

En dat was niet zo’n probleem omdat de Amerikaanse overheid in die jaren in de Koude-Oorlogswedloop met de Sovjet-Unie miljarden dollars in wetenschappelijk onderzoek pompte.

Maiman vond werk in de laboratoria van Hughes Research Laboratories van de excentrieke miljardair Howard Hughes. Hij kreeg de opdracht aan de toen opkomende maser (met een m) te werken, waarbij de m staat voor microgolf, dus microgolfversterking door gestimuleerde uitzending van straling.

Maser was de microgolf-voorloper van de laser. Een vroege versie van een maser-toestel woog twee ton. Maiman bouwde voor het Amerikaanse leger een robijnmaser die nog maar twee kilogram woog. De maser werkte goed met robijn.

Voor het verwekken van laserstralen, die nog niemand had gezien, gold robijn als totaal ongeschikt. De topexperts waren het daarover eens. ‘Accepteer nooit conventionele wijsheid’, zou Ted Maiman later zeggen.

In augustus 1959 begon hij zonder goedkeuring van zijn werkgever aan experimenten met lasertechniek. Hij kreeg naderhand als budget een schamele 50.000 dollar, waarin ook zijn eigen salaris, dat van zijn assistenten en de uitrusting waren begrepen.

De leiding van Hughes had er nu eenmaal geen vertrouwen in. Een jonge fysicus die in z’n eentje stroomopwaarts roeide in de revolutionaire en onbekende studie van de lasertechniek? Maiman wilde het vooral eenvoudig houden.

Volgens zijn redenering moest het experiment met een staafje van kunstrobijn van 2 centimeter lang en 1 centimeter doorsnee lukken. Je kon het makkelijk in je hand doen verdwijnen.

Op dat ogenblik waren de grote pioniers, Charles Townes en Arthur Schawlow, al een jaar met zo’n experiment in de weer.

Spiraalvormig flitslicht

Maiman had het idee om het staafje met een spiraalvormig flitslicht te omringen en er dan energie in te pompen. Tegen april 1960, toen een resultaat in zicht kwam, verhuisde het Hughesbedrijf met zijn hele hebben en houden naar Malibu, aan de Stille Oceaan.

Vanuit zijn kantoor kreeg Maiman een uitzicht dat normaal alleen voor filmsterren was voorbehouden. Maar hij vond wel dat hij op een cruciaal moment weken tijd had verloren.

Samen met zijn technicus Irnee D’Haenens deed hij op 16 mei 1960 – 44 jaar na Einsteins artikel – in zijn kantoor op een bord tegen de wand het eerste laserlicht verschijnen. D’Haenens sprong op van vreugde, Maiman zelf voelde zich als verdoofd.

Hij had in z’n eentje de grote laboratoria van Bell Labs (tien keer groter dan Hughes Research) verslagen, en IBM, Siemens, Westinghouse, RCA Labs, General Electric, noem maar op. In negen maanden tijd had hij de langverwachte laserdoorbraak geforceerd.

Maiman bezat qua opleiding de perfecte combinatie, hij hield van eenvoud, hij verzette zich tegen wat hij het goeroe-effect noemde, de heersende opinie, en hij had een rusteloze, zwervende geest, die zich niet liet intimideren.
De jonge fysicus had op dat ogenblik, in 1960, nog geen idee waarvoor je de stralen kon benutten. ‘We hebben een mooie oplossing ontdekt’, zei Irnee D’Haenens, ‘nu zoeken we nog een probleem.’

In zijn in 2002 verschenen autobiografie The Laser Odyssey heeft Maiman in detail beschreven wat er na die eerste persconferentie in juli 1960 in New York gebeurde. Er ontstond namelijk een oorverdovende stilte. Het gereputeerde wetenschappelijke tijdschrift Physical Review Letters schatte de betekenis van zijn experiment fout in, en weigerde het relaas ervan te publiceren. Maiman was een nieuwkomer en tegelijk een outsider in de wereld van de lasertechniek, die op dat ogenblik beheerst werd door onderzoekers zoals Charles Townes en Arthur Schawlow. Zij hadden al het voorbereidende werk gedaan, zij hadden tijdens de jaren vijftig in dit onderzoek het voortouw gehad. En nu waren ze op de meet geklopt door een 32-jarig broekje. Maiman had hun show gestolen. Alle rivaliserende laboratoria probeerden zo snel mogelijk Maimans werk over te doen en de toepassing op andere materialen uit te breiden. Met name de Bell Laboratories probeerden zelfs de revolutionaire vinding op hun naam te schrijven.

Geen Nobelprijs

Al in 1961 konden melanomen – een vorm van huidkanker – met laserstralen behandeld worden; kort daarna werd laser ingezet voor het ‘lassen’ van een gescheurd netvlies. Als erfgenaam van zijn vader lagen die medische toepassingen Maiman wel, maar Hughes toonde geen interesse.

Zodat Maiman al in de lente van 1961 zijn eigen weg ging, zijn eigen bedrijf voor lasertoepassingen oprichtte.

Ook die vroege commercialisering nam de academische wereld hem niet in dank af. Townes and Schawlow kregen later de Nobelprijs. Townes al in 1964 samen met twee Russen die ongeveer tegelijk baanbrekend werk hadden verricht.

Maiman – de man die als het eerste het licht had opgewekt, die de theorie had bewezen – werd twee keer genomineerd, maar niet onderscheiden.
Bij de eerste maanlanding van 1969 lieten de astronauten Armstrong en Aldrin op de maan een retroreflector achter. Daarmee kon worden aangetoond dat het licht van een laserstraal zo sterk gebundeld blijft dat het de 380.000 kilometer tot de maan kan overbruggen en terugkaatsen.

De afstand kon toen tot op 15 centimeter nauwkeurig worden berekend.

Maiman is ondanks die turbulente start in de loop van zijn leven talloze malen onderscheiden. In 1984 werd hij ook opgenomen in de National Inventors Hall of Fame.

Toen hij in 2002, op z’n 75ste, van een Canadese universiteit een eredoctoraat kreeg, vertelde hij aan de studenten: ‘Wie het risico wil nemen om nieuwe wegen te banen, moet de realiteit van het leven waarderen.

Je zult zien dat hoe meer je afwijkt van de gangbare kennis en de platgetreden paden, hoe kleiner de kans wordt dat je een consensus bereikt. Natuurlijk, als je je doel bereikt door in te gaan tegen de gevestigde kijk op de dingen, dan is de overwinning zoet.

Maar ook als je je doel niet bereikt, is er een rijke beloning voor je keuze. Je zult de opwinding van een avontuur ervaren. Ik verzeker jullie, het zal niet saai zijn.’

In 2000 liet hij zich door bevriende artsen in München met lasertechniek – zijn techniek – aan de prostaat behandelen. De Duitsers waren er niet weinig trots op dat de uitvinder van de laser zich met zijn eigen techniek in hun ziekenhuis liet verzorgen.

Meer dan 50 jaar na datum zijn de medische toepassingen van laser nog altijd uitgebreider dan die op militair vlak. Maiman was overigens een felle tegenstander van president Ronald Reagans plan om met behulp van lasertechniek een soort Star Wars-defensie op te bouwen.

Ted Maiman overleed in 2007 aan een zeldzame genetische bloedziekte in het Canadese Vancouver, de heimat van zijn tweede vrouw. Hij werd net geen 80. Hij liet onder meer een stichting na die beurzen toekent om de lasertechnologie in de medische wereld te bevorderen.