Laser đã được hoàn chỉnh từ khi nào?
Nếu nguyên lý đã được mô tả vào năm 1917, thì nó chỉ được vận dụng trong một thiết bị thí nghiệm trong những năm 1950! Chính xác hơn, đó là một maser (maser-microwave ampilfication by stimulated emission of radiation), tức là một thiết bị nhằm khuếch đại các sóng có bước sóng nhỏ hơn ánh sáng nhiều, nhờ phát xạ kích thích.
Trong một môi trường nào đó, các nguyên tử vẫn ở trạng thai kích thích một thời gian rất ngắn, còn nói chung phần lớn các nguyên tử ở trạng thái cơ bản. Khi ấy tần số phát kích thích rất thấp. Muốn lợi dụng nguyên lý mà Einstein đã mô tả, thì phần lớn các nguyên tử phải ở trạng thái kích thích mà người ta gọi là ''đảo ngược số lượng'' dân số (population) ở đây theo nghĩa hóm hỉnh (trong ngoặc kép)!). Lợi dụng kiến thức được tích luỹ về radar từ Chiến tranh Thế giới II, năm 1954 ba nhà khoa học Mỹ, Charles Townes, James Gordon và Herbert Zeiger đã phân lập được các phân tử ammoniac bị kích thích từ tất cả những phân tử khác ở trạng thái cơ bản. Như vậy, hiện tượng phát maser có thể xảy ra có ý nghĩa và đo được. Tiếc rằng, theo nguyên lý, việc tách rời các phân tử không cho phép phát bức xạ một cách liên tục: khi các phân tử bị kích thích đã phát ra quang tử của chúng thì hiện tượng phát dừng lại. Trên thực tế, muốn đảo ngược số lượng (dân số nào) mà không tách rời các phân tử về mặt vật lý, thì ít nhất ba mức năng lượng trong nguyên tử: mức cơ bản, mức kích thích và một mức trung gian thứ ba phải đạt được từ mức cao hơn. Khi đã được kích thích, các nguyên tử lại mất kích thích một cách tự nhiên xuống mức trung gian này, nhưng nếu hiện tượng mất kích thích từ mức trung gian xuống mức cơ bản ít có khả năng xảy ra, thì khi ấy có sự tích luỹ các nguyên tử ở mức này, được gọi là mức bền giả. Vì vậy người ta đã ''bơm'' các nguyên tử từ mức cơ bản tới mức trung gian và do đó thực hiện được việc đảo ngược số lượng. Cho nên một laser liên tục phải chứa các nguyên tử hoặc phân tử có các mức năng lượng như thế. Bằng cách dựa chủ yếu vào các công trình của nhà vật lý Pháp, Alfred Kastler (Giải Nobel Vật lý năm 1966 vì những nghiên cứu về kỹ thuật bơm quang học), hai nhà vật lý Xô viết, Nikolai Basov-Bassov và Aleksandr Prokhorov, đã phát triển một loại maser mới và họ đã chia sẻ Giải Nobel Vật lý với Townes năm l964. Vào thời maser ra đời, lợi ích của chúng không có gì rõ rệt. Một số đồng nghiệp của Townes nghi ngờ, thậm chí công khai mỉa mai rằng từ tắt maser không có ý nghĩa gì khác ngoài ''cách xin được tài trợ cho các nghiên cứu đắt tiền" (Means of Acquiring Support for Expensive Research)!
Nhưng Townes vẫn kiên trì cùng với Arthur Schawlow công bố nguyên lý thực hiện laser vào năm 1958, trong đó chữ "l'' từ light (ánh sáng) được thay bằng ''m'' trong microwave (vi sóng). Nhưng chính Theodore Maiman là người đầu tiên đã tạo ra thiết bị thí nghiệm laser năm 1960. Nhiều nhà nghiên cứu ngạc nhiên, vì môi trường mà ông đã sử dụng không phải là một chất khí mà là chất rắn, tức là một thanh hồng ngọc. Laser này chỉ hoạt động theo phương thức xung, nhưng cũng trong năm ấy, Peter Sorokin và Mirek Stevenson đã phát triển một loại laser có bốn mức năng lượng, có thể phát ra một bức xạ liên tục. Thế là công nghệ laser ra đời. Chỉ còn phải tìm các ứng dụng... Hiện nay, tính đa trị lớn của nó đã khiến chúng ta quên rằng, trong một thời gian dài, laser vẫn là một “đáp án đang chờ bài toán”!
