Címke: Townes

Mielőtt azonban a „csakhogy” bármiféle értelmet kaphatna, nézzünk vissza egy kicsit arra az időre, amikor én még kissrác voltam – illetve már nem is olyan kicsi, hanem olyan gimnazista-forma. Előfordult akkoriban, hogy a fizika még érdekes is lett, lekötött, és megmozgatta a képzeletemet, pedig kötelező volt, tantárgy, és tanulni kellett. Ami megszerettette, az a hétköznapra ható logikája és folyamatos visszajelzése volt. És persze az is, amikor valami jövőbe mutatót, technikai érdekességet, izgalmat tanítottak nekünk. Például elvittek a Budapesti Műszaki Egyetemre és ott, életemben először, és jóval korábban, mint a nagy átlag, láthattam, megtapasztalgathattam, sőt, meg is érinthettem egy lézersugarat.

Amolyan tanulmányi vagy osztálykirándulás volt az általános iskola utolsó hónapjaiban, nyolcadikosként. A sci-fi már akkor is érdekelt, talán jobban, mint bármilyen más irodalom, és ott valami egészen távoli jövőbe mutató dologként jelent meg a lézersugár, és szinte egyet jelentett az űrhajózással, csillagközi háborúkkal és idegen lények közötti kapcsolatfelvétellel. A lézer akkor már nem volt túlságosan újkeletű dolog, több mint egy évtized telt el attól, hogy Alexander Mihajlovics Prohorov szovjet akadémikus, Charles Hard Townes amerikai és Nyikolaj Gennadijevics Baszov (tényleg ez volt a neve, bocsi!) szovjet fizikus Nobel-díjat kaptak a lézer megvalósíthatóságához szükséges kvantum-elektrodinamikai kutatásaikért. Bármi is legyen az. A lézer elve pedig 1960 május 16. óta jelen volt, egy amerikai kutató, Theodore Harald Maimann révén, az alapkutatások pedig az ötvenes évek elején gyökereztek, és a vonatkozó szabadalmi kérelmet is 1957-ben adták be. (Gordon Gould, az eljárás névadója csak 1987-ben nyerte el jogos jussát, de ez egy másik krimi.)

Akkoriban olyan csodának tűnt a gerjesztett fénysugár, ami szinte ellent mondott mindannak, amit a fényről megszoktunk: egészen szűk nyalábja gyakorlatilag párhuzamos sugarakból állt, színképe rendkívül homogén volt (azaz egy piros lézerből szűrőkkel sem lehetett más színűt varázsolni), és akkora energiája volt, hogy egyes dolgokon képes volt simán áthatolni. Például a kezemen is – a BME laboratóriumában amolyan bátorságpróba volt, hogy ki meri „átlyukasztatni” a kezét a lézernyalábbal. Megpróbáltam: a sugár simán átment a kezemen, de igazából nem lyukasztott át semmit, bár a bőrömön úgy ragyogott a fényfoltja, hogy akár el is hittem volna az ellenkezőjét. Furcsa, bizsergető érzés volt látni, ahogy a kezem nem jelent akadályt a fénynek, és az is furcsa volt, ahogy a kezem vörösen fénylett a szöveteken szóródó fénysugár-töredékekben. Leginkább az volt a bizsergető érzet oka, hogy tudtam, hogy mi történik és mégsem éreztem semmit.

Természetesen mindenféle dolgot megtudtunk a lézer és a fény tulajdonságairól, bizonyítást nyert a fénysebesség néhány féligáteresztő tükör és a Hold segítségével (állítólag – én azóta sem fogom fel ésszel). Megtapasztalhattuk, hogy mivel irányított fénysugárról van szó, ami oldalirányban nem szóródik, a lézer nem látszik addig, amíg át nem halad valamin (füstön vagy párán – a laboratóriumban füsttel jelenítették meg magát az „utazó” fénynyalábot). Valamint megtudtuk azt is, hogy nem csak rubinlézer van (ilyet láttunk, pontosabban széndioxid-rubinlézert, szerencsére nem az ipari teljesítményűt, amit vágásra-hegesztésre használnak), hanem például hélium-neon lézer, sőt, szilárdtest-lézerek is, amitől a sci-fi irodalmi kreációi hirtelen bárgyú, óvodás színvonalú próbálkozásoknak tűntek. És megtudtuk a korlátokat is: a rengeteg féle lézert lehet gerjeszteni, akár a teljes színskálát is, egy tartományt kivéve: kék lézer nem létezik. Teljesen anyagtechnikai okokból lehetetlen kék lézert gerjeszteni, meg igazából ibolyaszínűt is.

Valamikor 1980 táján, amikor a komolyabb teljesítményű és képességű Hi-Fi készülékek megjelentek a hazai kiváltságosak lakásában, és hozzánk is beköltözött egy kazettás magnó képében, akkor láttam először LED-et, ha jól emlékszem. Voltak korábban is számológépek kissé hasonló megoldással, de parázsló fényű kijelzőjük nem LED-et használt még, hanem az úgy nevezett Nixie-csövet. Pedig milyen izgalmas volt felfedezni, hogy a 9-es szám valahol mélyebben van a készülék belsejében, mint a 8 vagy az 1… Még izgalmasabb lett volna, ha tudom, hogy a kifejlesztőjük egy magyar származású testvérpár, Haydu K. György és Haydu Zoltán cége, a Haydu Brothers Co. volt. A céget még a Nixie-cső szabadalmaztatása előtt felvásárolta a Burroughs Corporation, de ez a hasonló fejlesztések költségeit és emberi hátterét ismerve elég szokványos történet.

A LED fényekkel is hasonló volt a helyzet, mint a lézerrel. Azokat talán öt év előnnyel fejlesztették, kutatták, de mivel anyag gerjesztésével nyerték a fényt, ott is megoldhatatlan problémát jelentett a kék (és a viola) szín. Nagy erőfeszítés, anyagi ráfordítás és sok-sok tudós munkája kellett ahhoz, hogy 1992-ben Nakamura Shudzsi (Shunji Nakamura) felfedezze a megfelelő fényerősséget is kibocsájtani képes kék LED-et pontosabban azt az anyagot megtalálja, ami kellő erősségű kék fény kibocsájtására képes. Ha már boldogságról esett szó a címben: nem az endorfin volt a megoldás, hanem a gallium-nitrit, és a megfelelő gerjesztéséhez még a megfelelő eljárást is meg kellett találni. A kék lézert is Nakamura találta fel, további öt év múlva, és annak esetében is a gallium-nitrit volt a kulcs, de az ibolyaszín fényt adott. Egy másik gallium vegyület, az indium-gallium-nitrit tette lehetővé a valódi kék fényű lézer megalkotását. Ezekért a kutatásaiért Nakamura 2014-ben fizikai Nobel-díjat kapott társaival, Akaszaki Iszamuval (Isamu Akasaki) és Amano Hirosival (Hiroshi Amano) együtt. Hogy miért kellett ennyire a kék lézer, és még inkább a kék LED? Mert a vörös és a zöld fény már rendelkezésre állt, és csak a kék hiányzott ahhoz, hogy a mindennapokban használatos fehér LED-világítás (és fehér lézer) megvalósítható legyen – ahogyan a színes tévéknél is ezek a színkomponensek teszik lehetővé a valóságosnak tűnő színek megjelenítését. (Jé: ezt egy olyan számítógépen írom, aminek monitorát fehér LED-ek világítják meg, és mellette az íróasztalomon LED-izzós lámpa világít szép fehéren…) Tehát a kellőképpen erős kék fény volt a legnagyobb probléma, és végső soron ma is az – itt van a kiber-kutya eltemetve.

Nagyjából a nyolcvanas években csodaszámba ment és boldogító dolog volt, ha a tévé LED-je nem csak pirosan tudott világítani, de esetleg átváltott zöldre, amikor a tévé bekapcsolt. A Hi-Fi erősítők és magnók szép mutatós műszereit is hamarosan leváltották a LED sorok, és a túlvezérlést nem zöld, hanem piros LED jelezte. A nyolcvanas évek végén jelent meg a  német Schneider cég Manhattan 1100 fantázianevű Hi-Fi berendezése, ami igazi designer kütyü révén keskeny és magas volt, és sárgásan-zöldesen derengő LED-ek miriádja tette az este kivilágított felhőkarcolókhoz hasonlatossá. Nem tudom, hogy hangja volt-e, az már senkit nem is érdekelt, annyira jó volt a látvány. Aztán ismét egy korábban csak kiváltságosoknak járó dolog hétköznapivá válását, demokratizálódását tapasztalhattuk meg, ahogy a LED egyre több mindenen megjelent, vörösen vagy narancs fénnyel jelezte a tűzhely, hogy még meleg, pirosan villogott az autó riasztója, hogy működik, zöldes fénnyel ragyogtak az ébresztőórák, még a karórák számlapját is miniatűr LED világította meg a 90-es években. És a Földön béke és boldogság honolt. (Sajnos nem, ahhoz ennél azért több kellene.)

A kilencvenes évek második felében, annak is a vége táján megjelent a lakásokban is Nakamura úr és társai kutatásának mindenki által kézzel fogható eredménye, a kék LED. És a háztartásunk addig piros, sárga, narancs és zöld LED-fényei szépen halványulni kezdtek, vagy legalábbis gyengébbnek tűntek a minden eszközön felbukkanó kék fényekhez képest. Divatba jött a kék szín, és mostanra annyira elterjedt, hogy szinte ritkaságnak számít minden egyéb. Mintha elment volna az idő a piros, a zöld, a sárga, és a többi „csendes” és „visszahúzódó” színek mellett. A kék LED feletti boldogság annyira elburjánzott, hogy már a karóra világítása, a korszerű router állapotjelzője, de még az alvást segítő orvosi készülék LED segédfényei is kékek. És ez két dolog miatt nem annyira nagyon  jó, mint amilyen lehetne. Eljutottunk a „csakhogy” részig!

Az emberi szem nem egyformán érzékeny a színekre. A zöld árnyalatai és teszik ki az általunk látott színtér, a gamut nagyjából felét, vagy egy kicsit többet. A kék a gamuton belül nem túl jelentős részt képvisel, nagyjából kevesebb mint egy negyedet, ám az alacsonyabb hullámhossza miatt (vagy más okból, nem tudom) sokkal erősebbnek érezzük a kék intenzitását. Annyira, hogy ha az alvó ember környezetében piros vagy zöld fény van, az nem igazán befolyásolja az alvást, de ha kék fény világít, az már akkor is odavonzza a tekintetet és felkelti a figyelmet, ha csak a lehunyt szemünk látóterébe kerül. Célszerű tehát a kék LED-es készülékeket száműzni a hálószobából – például a ventillátort, légkondit, média centert, az orvosi eszközt (mondjuk horkolásgátló CPAP-kompresszort), az ébresztőórát, de a ház internet-elérését biztosító a routereket is. És csoda, hogy nyugtalanul alszunk, és zavartan ébredünk? A fentebb említett „demokratizálódás” pedig még tovább ront a helyzeten. Az erőteljesebbnek ható, intenzívebb kék fényű LED-eket hasonló energiájú alkatrészekkel valósítják meg, mint mondjuk a jóval kisebb intenzitású pirost. Ettől pedig a kék nem csak a fiziológiai hatása miatt válik zavaróvá, de szembántóan éles is. Szemléltetésül kissé máshonnan hozok példát, de remélem, hogy igazán látványos lesz. Íme ez a felvétel:

A kép stúdióban készült, amikor a különféle színes fényeket próbáltam kitapasztalni. Ennél a képnél még egyformára volt állítva a két stúdióvaku fényereje, és a távolságuk is gyakorlatilag azonos volt a modelltől. A megvilágított felületek méretén ez nagyjából látszik is, mégis sokkal áthatóbb a kék, sokkal világosabbnak hat. Ezt az intenzitásbeli különbséget azonban a gyártók nem veszik figyelembe. Sok olyan esetben sem, amikor pedig nagyon fontos lenne a megfelelően korlátozott fényerő: például egyes monitorok bekapcsolásjelző LED-jénél, ami olyan erős, hogy a monitorral dolgozó személy számára már fájdalmas szúrófényként hat. (Egy Samsung monitorom ilyen volt, de szerencsére a menüjében le lehetett tiltani a LED-et.) A korábban említett hőmérős oszlopventillátor is „saját gyűjtés” (van belőlük kettő is), ahogyan az idegesítően villódzó és a fél szobát beragyogó router is. Sőt, sikerült beszereznünk egy diszkrétnek ígért, éjszakai szükségkirándulásokat biztonságossá tevő irányfényt is, amiről kiderült, hogy nagyon menő és divatos kék LED fénye van. Egyetlen éjszakát sem lehetett vele kibírni, annyira bántó volt, hogy sürgősen meg is váltunk tőle.

Persze ez nem a kék LED-ek problémája, csak az alkalmazásuké. A fejlesztők még mindig annyira boldogok, hogy kék LED-et is használhatnak végre, hogy elfelejtik, mennyire éles és zavaró tud lenni. Kicsit olyan ez, mintha a mérnökökből kollektíven kibújna a kisgyerek – hiszen mind tapasztaltuk már, hogy a bűbájos és imádott csöppség mennyire kiborító tud lenni a két másodperces hangmintát ismételgető játékszerével, aminek határtalanul élvezi a hangját, de rajta kívül senki más…

Mivel eddig sokat emlegettem a kék lézert is, mint Nakamura úr LED-kutatáshoz is kapcsolódó vívmányát, megemlítem, hogy bár nem igazán látunk ilyen eszközöket, de akár a lakásokban is vannak, méghozzá nem is kevés. Igaz, a BlueRay lejátszók nem terjedtek el annyira, ahogy azt remélték a megjelenésükkor, de az azokban alkalmazott kék lézer nem maradt társ nélkül. Manapság egyre gyakoribb, hogy a számítógépekhez használt  optikai egerek alján nem látunk fényt, sem vöröset, se mást. Pedig az egér működési elvéhez az hozzá tartozik, és éveken át a pár milliwattos vörös lézer emblematikus tartozéka volt az ilyen eszközöknek. Annyira, hogy sokan – tévesen, az infralámpákra gondolva – „infrás egér” néven illették e jószágokat. Mára a korszerű egerek fénye számunkra láthatatlan, rendkívül kis intenzitású kék lézer, ami még mindig elég ahhoz, hogy az egér az alatta lévő felület mintázata, faktúrája alapján érzékelni tudja a saját elmozdulását. Ezeknél az eszközöknél számít a felvett energia, főleg a vezeték nélküli „rágcsálóknál”, amelyek elem-élettartama soha nem lehet elég, így amennyire csak lehet, visszafogták a fény intenzitását.

Szóval a kék, ha LED-ről vagy lézerről beszélünk, egy hosszú kutatómunka és a kvantum-elektrodinamika megismerésének egy fontos eredménye, és ebben a formájában mindenképp a boldogság színe: egy olyan siker, ami alapjaiban formálta át a mindennapjainkat, mivel nélkülözhetetlen volt a kis fogyasztású, hosszú élettartamú, és így kevésbé környezetkárosító fényforrásokhoz. A ma háztartásban használatos LED világítótestek már teljesen maguktól értetődően fehér fényt adnak ki, mégpedig az általunk megválasztott színhőmérsékletnek megfelelő kékesebb, sárgásabb, hidegebb vagy melegebb fényt, és egy korábban olvasólámpába is gyenge izzókörte energiájával megvilágítunk egy egész szobát. Az autókon szinte végtelenségig variálható dizájnelem lett a fényforrások nagy része, és természetesnek találjuk, hogy jóformán bármilyen szín előállítható LED-ek segítségével. Amikor 2016-ban Jean-Michel Jarre az Arénában koncertet adott, senki sem csodálkozott a fantasztikus lézer-show alatt, hogy időnként fehér lézersugarak pásztázták a csarnok légterét. Azon sem csodálkozunk, hogy a mobiltelefonok hátulján lévő apró vaku akkora fényt képes leadni, amihez korábban külső vakuval kellett. Háborgunk azon (szerintem teljesen jogosan), ha a korszerűsített közvilágítás nem ad elég fényt, de az nem tűnik már fel, hogy ugyanazt  akár bőséges fényárra is képes lenne megfelelő kivitelezéssel, mert nem a technika korlátozza a fényerőt. És mindezt az tette lehetővé, hogy a kék LED és a kék lézer megvalósulhatott.

Ebben az értelemben a kék a tudomány hasznosságának, a kutatók boldogságának színe.

A címképen: kék fénykibocsájtó diódák (LED-ek) tartólapon
– Gussisaurio felvétele [CC BY-SA 3.0], from Wikimedia Commons