Ричард Гордон Гулд: Пионер лазерной техники и патентные споры.

Введение

Ричард Гордон Гулд (17 июля 1920 – 16 сентября 2005) – американский физик, которому иногда приписывают изобретение лазера и оптического усилителя. (Вопрос авторства изобретения лазера остаётся спорным, поскольку Чарльз Таунз и Артур Шаулоу первыми опубликовали теорию, а Теодор Мейман – первым создал рабочий лазер). Гулд наиболее известен своей тридцатилетней борьбой с Патентным ведомством США за получение патентов на лазер и связанные с ним технологии. Он также вёл судебные тяжбы с производителями лазеров, стремясь обеспечить защиту полученных им патентов.

Ранние годы и образование

Гулд родился в Нью-Йорке и был старшим из трех сыновей. Его отец был основателем издательства Scholastic Magazine Publications в Нью-Йорке. Он вырос в Скарсдейле, небольшом пригороде Нью-Йорка, и учился в средней школе Скарсдейл. Он получил степень бакалавра наук по физике в Юнион-колледже, где вступил в братство Сигма Чи, и степень магистра в Йельском университете, специализируясь на оптике и спектроскопии. С марта 1944 года по январь 1945 года он работал над Манхэттенским проектом, но был уволен из-за своей деятельности как члена Коммунистической политической ассоциации. В 1949 году Гулд поступил в Колумбийский университет для работы над докторской диссертацией по оптической и микроволновой спектроскопии. Его научным руководителем был лауреат Нобелевской премии Поликарп Куш, который помог Гоулду приобрести опыт в новой тогда технике оптической накачки. В 1956 году Гулд предложил использовать оптическую накачку для возбуждения мазера и обсудил эту идею с изобретателем мазера Чарльзом Таунсом, который также был профессором в Колумбийском университете и впоследствии получил Нобелевскую премию 1964 года за свою работу над мазером и лазером. Таунс посоветовал Гоулду, как получить патент на его изобретение, и согласился выступить свидетелем.

Изобретение лазера

К 1957 году многие ученые, включая Таунса, искали способ добиться усиления видимого света, подобного мазерному. В ноябре того же года Гулд понял, что подходящий оптический резонатор можно создать, используя два зеркала в форме интерферометра Фабри-Перо. В отличие от ранее рассматриваемых конструкций, этот подход позволял получить узкий, когерентный и интенсивный луч. Поскольку стенки резонатора не требовалось делать отражающими, среду усиления можно было легко оптически накачивать для достижения необходимой инверсии населенностей. Гулд также рассматривал возможность накачки среды при атомных столкновениях и предвидел множество потенциальных применений такого устройства. Гулд записал свой анализ и предложенные области применения в лабораторном журнале под заголовком "Некоторые приблизительные расчеты относительно осуществимости ЛАЗЕРА: усиление света посредством вынужденного излучения" – первое зафиксированное использование этой аббревиатуры. Запись в журнале Гулда представляла собой первый письменный проект создания работоспособного лазера, и, осознав ценность своей работы, он отнес ее в ближайший нотариальный офис для заверения. Артур Шаулоу и Чарльз Таунз независимо друг от друга открыли важность резонатора Фабри-Перо примерно через три месяца и назвали предложенное устройство "оптическим мазером". Название, предложенное Гулдом, впервые было представлено публике на конференции в 1959 году и было принято, несмотря на сопротивление Шаулоу и его коллег. Стремясь запатентовать свое изобретение и ошибочно полагая, что для этого необходимо построить действующий лазер, Гулд покинул Колумбийский университет, не завершив докторскую диссертацию, и присоединился к частной исследовательской компании TRG (Technical Research Group). Ему удалось убедить нового работодателя поддержать его исследования, и они получили финансирование проекта от Агентства передовых исследовательских проектов, иронично, при поддержке Чарльза Таунса. К несчастью Гулда, правительство объявило проект секретным, что означало необходимость получения допуска к секретным сведениям для работы над ним. Из-за своего прежнего участия в коммунистической деятельности Гулд не смог получить такой допуск. Он продолжал работать в TRG, но не мог непосредственно участвовать в реализации своих идей. Из-за технических трудностей и, возможно, невозможности участия Гулда, TRG проиграла гонку по созданию первого рабочего лазера Теодору Мейману из Исследовательских лабораторий Hughes.

By 1957, many scientists including Townes were looking for a way to achieve maser like amplification of visible light. In November of that year, Gould realized that one could make an appropriate optical resonator by using two mirrors in the form of a Fabry–Pérot interferometer. Unlike previously considered designs, this approach would produce a narrow, coherent, intense beam. Since the sides of the cavity did not need to be reflective, the gain medium could easily be optically pumped to achieve the necessary population inversion. Gould also considered pumping of the medium by atomic level collisions, and anticipated many of the potential uses of such a device. Gould recorded his analysis and suggested applications in a laboratory notebook under the heading "Some rough calculations on the feasibility of a LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation"—the first recorded use of this acronym. Gould's notebook was the first written prescription for making a viable laser and, realizing what he had in hand, he took it to a neighborhood store to have his work notarized. Arthur Schawlow and Charles Townes independently discovered the importance of the Fabry–Pérot cavity—about three months later—and called the resulting proposed device an "optical maser". Gould's name for the device was first introduced to the public in a conference presentation in 1959, and was adopted despite resistance from Schawlow and his colleagues. Eager to achieve a patent on his invention, and believing incorrectly that he needed to build a working laser to do this, Gould left Columbia without completing his doctoral degree and joined a private research company, TRG (Technical Research Group). He convinced his new employer to support his research, and they obtained funding for the project from the Advanced Research Projects Agency, ironically with support from Charles Townes. Unfortunately for Gould, the government declared the project classified, which meant that a security clearance was required to work on it. Because of his former participation in communist activities, Gould was unable to obtain a clearance. He continued to work at TRG, but was unable to contribute directly to the project to realize his ideas. Due to technical difficulties and perhaps Gould's inability to participate, TRG was beaten in the race to build the first working laser by Theodore Maiman at Hughes Research Laboratories.

Борьба за патенты

В это время Гулд и TRG начали подавать заявки на патенты на технологии, разработанные Гулдом. Первая пара заявок, поданных вместе в апреле 1959 года, охватывала лазеры на основе оптических резонаторов Фабри-Перо, а также оптическую накачку, накачку на столкновениях в газовом разряде (как в гелиево-неоновых лазерах), оптические усилители, Q-переключение, оптическое гетеродинное детектирование, использование окон Брюстера под углом для контроля поляризации и области применения, включая производство, инициирование химических реакций, измерение расстояния, связь и лидар. Шаулоу и Таунс уже подали заявку на патент на лазер в июле 1958 года. Их патент был выдан 22 марта 1960 года. Гулд и TRG оспорили патент в судебном порядке, предоставив в качестве доказательства свою записную книжку 1957 года, подтверждающую, что Гулд изобрел лазер до подачи патентной заявки Шаулоу и Таунса. (В то время в Соединенных Штатах действовала система «первенства изобретения» при выдаче патентов.) Пока это разбирательство велось в Патентном ведомстве и судах, Bell Labs, Hughes Research Laboratories, Westinghouse и другие компании подали дополнительные заявки на конкретные лазерные технологии. В конечном итоге Гулд проиграл борьбу за патент США на сам лазер, главным образом из-за того, что в его записной книжке не было прямо указано, что боковые стенки лазерной среды должны быть прозрачными, хотя он планировал оптически накачивать активную среду через них и учитывал потери света через боковые стенки из-за дифракции. Также возникли вопросы, содержала ли записная книжка Гулда достаточную информацию для создания лазера, учитывая, что команде Гулда в TRG это не удалось. Однако Гулду удалось получить патенты на лазер в ряде других стран, и он продолжал бороться за патенты США на конкретные лазерные технологии в течение многих лет. Там он предложил множество новых областей применения лазера и организовал государственное финансирование исследований в области лазеров в институте. Первый патент Гулда на лазер был выдан в 1968 году и охватывал малоизвестное применение — генерацию рентгеновских лучей с помощью лазера. Технология была малоценной, но патент содержал все сведения из его первоначальной заявки 1959 года, которая ранее была конфиденциальной. Это дало Патентному ведомству больше свободы для отклонения патентных заявок, противоречащих ожидающим патентам Гулда. Тем временем слушания по патентам, судебные разбирательства и апелляции по наиболее значимым патентным заявкам продолжались, и многие другие изобретатели пытались заявить о приоритете в отношении различных лазерных технологий. Вопрос о том, кому именно следует приписывать изобретение лазера, историками до сих пор не решен. К 1970 году TRG была приобретена компанией Control Data Corporation, которая мало интересовалась лазерами и избавлялась от этой части бизнеса. Гулду удалось выкупить свои патентные права за тысячу долларов плюс небольшую долю будущей прибыли. В 1973 году Гулд покинул Бруклинский политехнический институт, чтобы помочь основать Optelecom, компанию в Гайтерсбурге, штат Мэриленд, производящую оборудование для волоконно-оптической связи. Позже он покинул свою успешную компанию в 1985 году.

During this time, Gould and TRG began applying for patents on the technologies Gould had developed. The first pair of applications, filed together in April 1959, covered lasers based on Fabry–Pérot optical resonators, as well as optical pumping, pumping by collisions in a gas discharge (as in helium–neon lasers), optical amplifiers, Q switching, optical heterodyne detection, the use of Brewster's angle windows for polarization control, and applications including manufacturing, triggering chemical reactions, measuring distance, communications, and lidar. Schawlow and Townes had already applied for a patent on the laser, in July 1958. Their patent was granted on March 22, 1960. Gould and TRG launched a legal challenge based on his 1957 notebook as evidence that Gould had invented the laser prior to Schawlow and Townes's patent application. (At the time, the United States used a first to invent system for patents.) While this challenge was being fought in the Patent Office and the courts, further applications were filed on specific laser technologies by Bell Labs, Hughes Research Laboratories, Westinghouse, and others. Gould ultimately lost the battle for the U. S. patent on the laser itself, primarily on the grounds that his notebook did not explicitly say that the sidewalls of the laser medium were to be transparent, even though he planned to optically pump the gain medium through them, and considered loss of light through the sidewalls by diffraction. Questions were also raised about whether Gould's notebook provided sufficient information to allow a laser to be constructed, given that Gould's team at TRG was unable to do so. Gould was able to obtain patents on the laser in several other countries, however, and he continued fighting for U. S. patents on specific laser technologies for many years afterward. While there, he proposed many new laser applications, and arranged government funding for laser research at the institute. Gould's first laser patent was awarded in 1968, covering an obscure application—generating X rays using a laser. The technology was of little value, but the patent contained all the disclosures of his original 1959 application, which had previously been secret. This allowed the patent office greater leeway to reject patent applications that conflicted with Gould's pending patents. Meanwhile, the patent hearings, court cases, and appeals on the most significant patent applications continued, with many other inventors attempting to claim precedence for various laser technologies. The question of just how to assign credit for inventing the laser remains unresolved by historians. By 1970, TRG had been bought by Control Data Corporation, which had little interest in lasers and was disposing of that part of the business. Gould was able to buy back his patent rights for a thousand dollars, plus a small fraction of any future profits. In 1973, Gould left the Polytechnic Institute of Brooklyn to help found Optelecom, a company in Gaithersburg, Maryland that makes fiberoptic communications equipment. He later left his successful company in 1985.

Дальнейшие патентные битвы и принудительное применение выданных патентов

Вскоре после основания Optelecom, Гулд и его адвокаты изменили направление своей патентной борьбы. Потеряв множество судебных дел, касавшихся непосредственно лазера, и исчерпав возможности для апелляций, они поняли, что многих трудностей можно избежать, сосредоточившись на оптическом усилителе – важнейшем компоненте любого лазера. Новая стратегия оказалась успешной, и в 1977 году Гулду был выдан патент на оптически накачиваемые лазерные усилители. Лазерная промышленность, к тому времени достигшая годового объема продаж около 400 миллионов долларов, воспротивилась выплате роялти за лицензирование технологии, которую она использовала на протяжении многих лет, и боролась в суде, чтобы избежать этих платежей. Возмущение отрасли привело к тому, что патентное ведомство замедлило выдачу других ожидающих рассмотрения патентов Гулда, что повлекло за собой новые апелляции и внесение изменений в заявки. Несмотря на это, в 1979 году Гулду был выдан патент, охватывающий широкий спектр лазерных применений, включая нагрев и испарение материалов, сварку, сверление, резку, измерение расстояния, системы связи, телевидение, лазерные копировальные аппараты и другие фотохимические применения, а также лазерный синтез. В ответ промышленность подала иски, стремясь избежать выплаты роялти за лицензирование и этого патента. Также в 1979 году Гулд и его финансовые спонсоры основали компанию Patlex для управления патентными правами и осуществления лицензирования и правовой защиты. Судебные баталии продолжались, поскольку лазерная промышленность стремилась не только помешать Патентному ведомству выдать оставшиеся патенты Гулда, но и аннулировать уже выданные. Гулд и его компания были вынуждены бороться как в суде, так и в рамках процедур пересмотра в Патентном ведомстве. По словам Гулда и его адвокатов, ведомство, казалось, было настроено решительно помешать Гулду получить какие-либо новые патенты и отменить уже выданные. Ситуация начала меняться лишь в 1985 году. После многих лет судебных разбирательств Федеральный суд в Вашингтоне, округ Колумбия, обязал Патентное ведомство выдать Гулду патент на лазерные усилители с коллизионным накачиванием. Патентное ведомство обжаловало решение, но в конечном итоге было вынуждено выдать патент и отказаться от попыток аннулировать ранее выданные патенты Гулда. Позднее был выдан патент на окно Брюстера. Прекращение действий Патентного ведомства позволило Гулду возобновить судебные иски по защите своих прав. Наконец, в 1987 году Patlex одержала свою первую решающую победу в судебном процессе против корпорации Control Laser, производителя лазеров. Чтобы избежать банкротства из-за ущерба и отсутствия лицензии на технологию, совет директоров Control Laser передал право собственности на компанию Patlex в рамках мирового соглашения. Другие производители и пользователи лазеров быстро согласились урегулировать свои дела и получить лицензии от Patlex на условиях Patlex. Тридцатилетняя патентная война, которую Гулд вел за право на свои изобретения, вошла в историю как одна из важнейших патентных битв. В итоге Гулду было выдано сорок восемь патентов, наиболее важными из которых были патенты на оптическое накачивание, коллизионное накачивание и применение лазеров. Вместе эти технологии охватывали большинство лазеров, используемых в то время. Например, первый рабочий лазер, рубиновый лазер, использовал оптическое накачивание, а гелиево-неоновый лазер накачивается газовым разрядом. Задержка и последующее распространение лазеров во многих областях техники означали, что патенты были гораздо более ценными, чем если бы Гулд выиграл изначально. Несмотря на то, что Гулд уступил восемьдесят процентов доходов для финансирования судебных издержек, он заработал несколько миллионов долларов. К моменту его смерти роль Гулда в фактическом изобретении продолжала оставаться предметом споров в научных кругах.

Shortly after starting Optelecom, Gould and his lawyers changed the focus of their patent battle. Having lost many court cases on the laser itself, and running out of appeal options, they realized that many of the difficulties could be avoided by focusing instead on the optical amplifier, an essential component of any laser. The new strategy worked, and in 1977 Gould was awarded , covering optically pumped laser amplifiers. The laser industry, by then grown to annual sales of around $400 million, rebelled at paying royalties to license the technology they had been using for years, and fought in court to avoid paying. The industry outcry caused the patent office to stall on releasing Gould's other pending patents, leading to more appeals and amendments to the pending patents. Despite this, Gould was issued in 1979, covering a variety of laser applications including heating and vaporizing materials, welding, drilling, cutting, measuring distance, communication systems, television, laser photocopiers and other photochemical applications, and laser fusion. The industry responded with lawsuits seeking to avoid paying to license this patent as well. Also in 1979, Gould and his financial backers founded the company Patlex, to hold the patent rights and handle licensing and enforcement. The legal battles continued, as the laser industry sought to not only prevent the Patent Office from issuing Gould's remaining patents, but also to have the already issued ones revoked. Gould and his company were forced to fight both in court, and in Patent Office review proceedings. According to Gould and his lawyers, the Office seemed determined to prevent Gould from obtaining any more patents, and to rescind the two that had been granted. Things finally began to change in 1985. After years of legal process, the Federal Court in Washington, D. C. ordered the Patent Office to issue Gould's patent on collisionally pumped laser amplifiers. The Patent Office appealed, but was ultimately forced to issue , and to abandon its attempts to rescind Gould's previously issued patents. The Brewster's angle window patent was later issued as
The end of the Patent Office action freed Gould's enforcement lawsuits to proceed. Finally, in 1987, Patlex won its first decisive enforcement victory, against Control Laser corporation, a manufacturer of lasers. Rather than be bankrupted by the damages and the lack of a license to the technology, the board of Control Laser turned ownership of the company over to Patlex in a settlement deal. Other laser manufacturers and users quickly agreed to settle their cases and take out licenses from Patlex on Patlex's terms. The thirty year patent war that it took for Gould to win the rights to his inventions became known as one of the most important patent battles in history. In the end, Gould was issued forty eight patents, with the optical pumping, collisional pumping, and applications patents being the most important. Between them, these technologies covered most lasers used at the time. For example, the first operating laser, a ruby laser, was optically pumped; the helium–neon laser is pumped by gas discharge. The delay—and the subsequent spread of lasers into many areas of technology—meant that the patents were much more valuable than if Gould had won initially. Even though Gould had signed away eighty percent of the proceeds in order to finance his court costs, he made several million dollars. At the time of his death, Gould's role in the actual invention continued to be disputed in scientific circles.