وداع با مخترع لیزر گازی

۵۵آنلاین :

پروفسور علی جوان (۵ دی ۱۳۰۵، تهران در پارهای از منابع محل تولد ایشان تبریز ذکر شده اما ظاهرا محل تولد ایشان تهران بوده و از یک خانواده آذری / درگذشت ۲۲ شهریور ۱۳۹۵) فیزیکدان و مخترع ایرانی است. وی اولین لیزر گازی دنیا که ترکیبی از دو گاز هلیوم و نئون است و به همین نام نیز معروف است را اختراع کرد. این لیزر از نوع لیزرهای بی خطر به حساب می آید، رنگ آن سرخ است و در آزمایشگاه های دانشگاه ها برای بررسی پدیده هایی مانند. تداخل امواج و آزمایش دو شکاف یانگ کاربرد دارد. خواندن کدهای اجناس در هنگام خرید از فروشگاه ها، سیدی و دی وی دی، طیف نمایی (که با آن می توان پهنای خط نوسائی راهم در ناحیه مرئی و هم در ناحیه فروسرخ، تا چند ده کیلو هرتز باریک کرد)، چاپگرها، شبکه های مخابرات کابل نوری، دستگاه های برش فلزات. فاصله یابی ماهواره ای، حفاریه ای تونل ها، نقشه برداری های زیرزمینی نظیر مترو و در رسیدن به نقطه ای که از دو طرف حفاری می شود تا به هم برسند، گسترش و بزرگتر شدن ارتباطات لیزری در شاهراه های اینترنتی و نوشتن و خواندن اطلاعات در حافظه نوری در کامپیوترها، بخیه بافت های بدن، برداشتن حال های مزاحم، درمان پوسیدگی های دندانی، تهیه حفره به منظور پر کردن دندان و جراحی ریشه دندان، بیماری های مخاط دهان، جراحی چشم با لیزر، جداسازی ایزوتوپ ها، تمام نگاری (هولوگرافی)، عکس برداری سه بعدی از یک جسم و یا یکی صحنه، گرافیک لیزری که به طور وسیعی توسط بسیاری از ناشران برای انتقال رونوشت صفحات به کاربرده می شود، همه و همه از تأثیرات اختراع لیزر گازی توسط دکتر علی جوان است

سرگذشت

علی جوان از سن ۵ سالگی شیفته ریاضیات و بازی با اعداد بود. تحصیلات دانشگاهی خود را در دانشگاه تهران ادامه داد. سپس در سال ۱۹۴۸ (میلادی) به ایالات متحده آمریکا رفت و تحصیلات خود را در مقطع دکترای فیزیک در دانشگاه کلمبیا ادامه داد. دکتر جوان به هنر و به ویژه به موسیقی هم عشق می ورزید و در کلاس های هنری دانشگاه کلمبیا شرکت می کرد. خودش گفته است موسیقی باخ جلوه ای از عالم ریاضی است.

دکتر جوان در سال ۱۹۵۸ که عضو گروه تحقیقاتی لابراتوار بل بود، اصول لیزر گازی را پایه گذاشت، دو سال بعد، دقیقا در ساعت ۴ و بیست دقیقه بعدازظهر دوازدهم دسامبر سال ۱۹۶۱ درحالی که برف سنگینی شروع به باریدن کرده بود، موفق شد لیزر گازی هلیوم - نئون را ابداع کند. نام دو تن از همکاران وی «ویلیام به نت» و «دونالد هه ریوت» بود.

دکتر علی جوان فردای آن روز لیزر گازی را بوسیله فرستادن پیغامی تلفنی امتحان کرد و برای اولین بار در تاریخ، یک مکالمه تلفنی به وسیله یک لیزر نوری انجام شد. تاریخ دقیق آن واقعه شگفت، ۱۳ دسامبر سال ۱۹۶۰ بود.

وی در سال ۱۹۶۴ (میلادی) یا درجه دانشیاری به عضویت هیات علمی موسسه فناوری ماساچوست (MIT) در آمد. اتاق نوین به عنوان استاد بازنشسته موسسه فناوری ماساچوست در ایالات متحده آمریکا خدمت می کرد. گرایش وی در فیزیک، اتمی - مولکولی و اپنیک است .

دکتر علی جوان تا قبل از فوت به طور قابل توجهی درگیر اختراعات جدید بود و و نسل جدید تراشه هایی که درون آنها نورون ها بجای الکترونها حرکت خواهند کرد، تحقیق می کرد. اگر تحقیقاتش به نتیجه می رسید، تحولی چشمگیر در سرعت تراشه ها و وسایل الکترونیکی و رایانه ای پدید میآ مد. او پیش بینی می کرد که روزی بجای مگاهرتز رادیویی، جای آنرا گیگاهرتزهای لیزری خواهند گرفت. دکتر جوان بزرگترین آزمایشگاه تحقیقاتی را طی سال های ۱۹۶۰ تا ۱۹۷۰ در دانشگاه ماساچوست آمریکا برپا کرد، بسیاری از پیشرفت ها در صنعت لیزر را در این آزمایشگاه انجام داد و طی سالها باعث پیشرفت در صنایع الکترونیک شد. دکتر علی جوان در تحقیقات گسترده لیزرهای پرانرژی، رادارهای مولتی استاتیک لیزری که توسط ساعتهای نوری دقیق کنترل می شود، شرکت داشته است.

لیزر گازی چیست؟

لیزرهای گازی نوع ویژه ای از لیزر است که در آن گازی درون یک لوله شفاف مثل لامپ مهتابی می رود. عبور جریان از این لوله باعث رفت وآمد فوتون می شود. یعنی جریان الکتریکی، برای تولید نور، در یک گاز تخلیه می شود. اولین نوع این لیزرها هليوم نئون بود. یعنی همین لیزرهای خانگی و مدارس، این لیزر را در مؤسسه بل دکتر على جوان اختراع کرد.

لیزر گازی که او عرضه کرد اولین لیزری بود که به صورت مداوم کار می کرد و باعث شد که در جهان جلب توجه کرده، پایه ای برای تحقیقات بیشتر در این زمینه باشد.

نوع دیگر لیزر، لیزر دی اکسید کربن (CO2)است که می تواند یک نور لیزر خیلی پر قدرت تولید کند و در رادارها بکار برده می شود و همچنین در صنایع جوشکاری برای ساخت دقیق مواردی که برای بیماران قلبی استفاده میشود، قابل کاربرد است. البته در محفظه آن هلیوم و مقداری نیتروژن هم هست. گاز نیتروژن، انرژی الکترودها را ذخیره میکند. پس از برخورد مولکولهای نیتروژن به مولکول CO2 این انرژی انتقال مییابد و مولکولهای CO2 برانگیخته می شوند. گاز هلیوم به انتقال انرژی کمک می کند و سبب می شود تا مولکول های دی اکسید کربن زودتر به ترازهای انرژی عادی یا حالت عادی خود برگردند.

لیزر گازی یک نقطه عطف در تاریخ فناوری های نوین دنیا به حساب می اید. پروفسور جوان قبل از اختراع لیزر گازی، تئوری میزر سه سطحی را پایه گذاری کرد و اهمیت همگرایی فازی را در این وسیله میکروویو نشان داد. این عمل، ایده میزر بدون پراکندگی را معرفی کرد و او بعدا این ایده را در استفاده از اثر رامان تحریک شده گسترش داد که نهایتاً منجر به بسط نوظهور رژیم نوری شد، تحقیق بزرگی که او پایه گذاری کرد باعث ایجاد بزرگترین تحقیق لیزری در دهه های شصت و هفتاد میلادی شد و پس از ان بسیاری از بنیان های اولیه در استفاده از لیزر به وقوع پیوست. این بنیان ها شامل؛ ابداعات زیادی در زمینه اسپکتروسکوپی لیزری به شکل - Sub-Doppler laser cooling استفاده از لیزر برای آزمایش دقیق نسبیت، و ایزوتروپی در فضا؛ ابداع تکنولوژی اندازه گیری فرکانسی دقیق در طیف نوری و اولین ساخت ساعتهای اتومیک لیزری می باشند.

افتخارات

• دکتر علی جوان عضو آکادمی ملی علوم و آکادمی هنر و علم آمریکا و عضو افتخاری موسسه تریسته Trieste برای ترویج علوم می باشد.
• دکتر علی جوان شاگرد نامی پروفسور چارلز تاونز است که در سال ۱۹۶۴ با الکساندر میخایلوویچ پروخورف و نیکولای گنادیویچ پاسوف جایزه نوبل فیزیک را در یافت نمودند.
• دکتر علی جوان در سال ۱۹۶۰ موفق به اختراع تحقیقات در زمینه لیزرهای گازی، مدال استوارت بالنتاین را از انستیتو فرانکلین دریافت نمود.
• در سال ۱۹۶۶ برنده مدال بنیاد «فه نی و جان هرتز» شد و به عنوان Guggeheim Fellow شناخته شد.
• این فیزیکدان ایرانی در سال ۱۹۷۵ مهم ترین نشان انجمن نورشناسی آمریکا یعنی مدال فردریک ایوز را از انجمن اپتیکال دریافت کرد. در جمله ای که در کنار این نشان حک شده است از آقای جوان به خاطر «پدید آوردن یک دستگاه نورشناختی (لیزر گازی) با کاربردهای بی سابقه در پژوهشی های علمی» قدردانی فراوان شده است
• در سال 1979 به عنوان hum bolt foundation fellow شناخته شد.
• علی جوان در سال ۱۹۹۳ جایزه علمی جهانی آلبرت اینشتین را دریافت نمود.
• مجددا در سال ۱۹۹۵ به عنوان Humboldt Foundation Fellow شناخته شد.
• او همچنین در سال ۲۰۰۷ رتبه دوازدهمین انسان نخبه را در جهان کسب کرد.

لیزر گازی، می توانست سال ۱۹۳۰ اختراع شده باشد

دکتر علی جوان گفته است: «لیزر گازی، می توانست در سال ۱۹۳۰ اختراع شده باشد، نه پس از سی سال در سال ۱۹۶۰ که من آن را اختراع کردم... فیزیکدانان به اختراع لیزر در سال های ۱۹۳۷ و ۱۹۳۸ خیلی نزدیک شده بودند. آنان در حال مطالعه بر روی اتم ها بودند، که چگونه امواج نوری را بیرون بدهند (تقویت نور در گازها به وسیله گسیل القانی پرتوافکنی) و آنها به اختراع لیزر خیلی نزدیک شده بودند. از نوشته های آنها پیداست که آنها به راه درست رفته بودند، اما بعداً راه را اشتباه رفته و از مسیر اصلی منحرف شدند. اگر من در همان سالها بودم مطمئنا آن را اختراع می کردم. مبالغه نمی کنم و می دانم که آن را انجام می دادم.

می دانستم که بالاخره لیزر گازی را می توانم اختراع کنم در غیر این صورت اصلا دنبال آن کار را نمی گرفتم. کسانی که از همان ابتدا نظر من را می دانستند، خیلی به آن بدبین بودند. حتی آنهایی که در تیم من بودند و با من کار می کرند، در این رابطه شک داشتند. من این شک را در بسیاری از آنها دیده ام. موقعی که با یکی از شاگردانم بر روی این لیزر گازی در حال کار کردن بودیم، و آن وقتی که برای آزمایش نهایی آماده شده بود، من به شوخی رو به او کرده و گفتم «هی، اگر من سویچ را بزنم و هیچ اتفاقی به وجود نیاید، چه!»، ناگهان صورتش سفید شده و آثار ترسی در آن هویدا گردید. من شروع به خنده کردم، و گفتم حتما کار می کند.»، من این را به خاطر اطمینان او بیان کردم. سپس کلید را زدیم و همه چیز بخوبی انجام گرفت.»

علی جوان، چارلز تاونز و آرتور لئونارد شالو

وقتی دکتر علی جوان کار روی لیزر گازی را آغاز کرد، دو محقق دیگر چارلر هارد تاونز (استادش) و آرتور لئونارد شالو راهی دیگر را برای دستیابی به لیزر پی گرفتند نظریه آنها مینی بر این اساس بود. که، ما اکنون آنرا به عنوان (پمپ کردن لیزرهای نوری) می شناسیم، نور لیزرها میتوان توسط مکش با یک منبع نور زیاد استخراج کرد. نظریه دکتر جوان تماماً با آنها متفاوت بود. او به جایی استفاده از یک منبع نور قوی، از جریانات برقی که انرژی الکتریکی را تبدیل به نور لیزری می کند. استفاده نمود، همانکه حالا آن را به نام «لیزر گازی» می شناسند.

نام دکتر علی جوان در کنار بزرگان فیزیکی جهان همانند تئودور میمن، نیکولای باسوف، گوردون گولد، آرتور لئونارد شالو، رابرت دیک، سی کومران پاتل (لیزرشناسی هندی)، احمد زوویل (دانشمند مصری که جایزه شیمی نوبل را در سال ۱۹۹۹ برد)، دنیس گابور (برنده نوبل فیزیک در سال ۱۹۷۱)، نیکلاس بلومبرگن، چارلز هارد تاونزو الکساندر ميخايلوويچ پروخورف در تاریخ علم ثبت شده است.

دکتر علی جوان و نخستین سمپوزيوم ليزر

در سال ۱۹۷۱ بسیاری از فیزیکدانان جهان از جمله دکتر علی جوان، دکتر پرتوی، پروفسور چارلز هارد تاونز (برنده جایزه نوبل فیزیک)، الکساندر میخایلوویچ پروخورف، (برنده جایزه نوبل فیزیک) سرجيو پريراپورتو، نيکولاس برومن برگون، بوریسی استوچف ، پییریاکویی نوت، رایموند کیدر، آرتور لئونارد شالو و دهها فیزیکدان دیگر به ایران (اصفهان) آمدند و در نخستین سمپوزیوم لیزر (سمپوزیوم درفیزیک بنیادی و کاربردی لیزر، اصفهان)، شرکت کردند. در مورد این سمپوزیوم علاوه برگزارش Atomic Coherent States in Quantum Highly Excited States u :S Optics of the Helium یک کتاب کوچک ۱۳۳ صفحه ای از «آبراهام هرتزبرگ» با عنوان Developments in high Power laser Research و یک جزوه ۱۸ صفحه ای که «ویلیام ژوزف کوندل» منتشر نموده، کتاب قطوری هم در ۹۶۰ صفحه منتشر شده است. در این مجمع علمی از تلاشهای تئودور میمن کاشف لیزر جامد یاد شد. در نخستین سیمپوزیوم لیزر در رابطه با تحقیقات نظری مبنی بر امکان نشر لیزری در ناحیه پرتو ایکس تبادل نظر شد و دکتر علی جوان درباره رزونانس های اتمی و مولکولی در بیناب نمایی لیزری صحبت کرد و از جمله یادآور شد که امروزه می توان پهنای وسیعی از بسامدهای امواج الکترو مغناطیسی در گستره کهموج ها(ماکروويو) تا فرو سرخ دور و فروسرخ نزدیک را ترکیب و مقایسه کرد و با کمک روش های شناخته شده، گستره این بیناب را به ناحیه مرئی کشید. دکتر علی جوان افزود اکنون امیدوارانه به دنبال آن هستیم که در دهه کاربرد بیناب نمایی و دستیابی به دقت در اندازه گیری با مرتبه های بسیار بالا، از این شیوهها بهره برداری کنیم. برای این کار باید به عناصر ساده بازگردیم و بیناب آنها را دوباره بررسی کنیم. اتم هیدروژن و هلیوم نشی و یونیده باید دوباره مورد بررسی قرار گیرند. این کار مطمئنا به تعیین دگرباره ثابت پایای ریدبرگ و دیگر ثابت ها و فرآیندهای بنیادین، با دقتی بیشتر منجر می شود و به زودی مقدار نهای سرعت نور را به دست خواهیم آورد. این امر به همراه توانایی ما در اندازه گیری دقیق بسامد در ناحیه مرئی و فروسرخ منجر به دستیای به ساعتهای اتمی بسیار پیشرفته خواهد ت می تواند آزمون های بهتری بن بنیادین طبیعت و حتی پیشبینی هایی از نسبیت عام را به دست دهد. این سیمپوزیوم ۲۹ آگوست - ۵ سپتامبر ۱۹۷۱ با حمایت دانشگاه صنعتی شریف تهران (آریامهر سابق) و با همکاری دانشگاه اصفهان و موسسه فناوری ماساچوست (MIT) در دانشگاه اصفهان برگزار شد. از همایشی اولین لیزر تئودور میمی و شماری از دانشمندان فیزیک در ۱۶ می۱۹۶۰ که بگذریم، سمپوزیوم لیزر در اصفهان نخستین کنفرانس بین المللی لیزر در جهان بود.