تاريخ الليزر

في عام 1917، أسس ألبرت أينشتاين الأسس النظرية لليزر والمازر في مقالة "سور فانتينتيغوغرى دير شيتغالوم" (حول نظرية الكم للإشعاع) من خلال إعادة اشتقاق قانون ماكس بلانك للإشعاع، استنادًا إلى مفاهيم معامِلات الاحتمال (معاملات أينشتاين) للامتصاص والانبعاثات التلقائية والانبعاثات المحفزة للإشعاع الكهرومغناطيسي.

في عام 1928، أكد "رودولف لادنبرج" وجود ظاهرة الانبعاث المحفز والامتصاص السلبي.

في عام 1939، تنبأ "فالنتين إيه فابريكانت" باستخدام الانبعاث المستحث لتضخيم الموجات "القصيرة".

في عام 1947، "ويليس إي لامب" و"ار سى ريثرفورد" وجدوا ظاهرة لانبعاثًا محفزًا واضحًا في أطياف الهيدروجين وأدى إلى أول عرض للانبعاثات المحفزة.

في عام 1950، اقترح "ألفريد كاستلر" (جائزة نوبل للفيزياء 1966) طريقة الضخ البصري، التي تم تأكيدها تجريبيًا، بعد عامين، بواسطة بروسل و كاستلر و وينتر.

في عام 1951، قدم "جوزيف ويبر" ورقة حول استخدام الانبعاثات المحفزة لصنع مضخم الميكروويف إلى مؤتمر أبحاث الأنبوب الفراغي لمعهد مهندسي الراديو في يونيو 1952 في أوتاوا، أونتاريو، كندا. بعد هذا العرض التقديمي، طلبت مؤسسة راديو أمريكا من ويبير تقديم ندوة حول هذه الفكرة، وطلب منه "شارليز هارد تونيز" نسخة من الورقة.

في عام 1953 ، أنتج "تشارلز هارد تاونز" وطلاب الدراسات العليا "جيمس ب. جوردون" و"هربرت ج. زايجر" أول مكبر لآشعة الميكروويف، وهو جهاز يعمل على مبادئ مماثلة لليزر، ولكنه يضخم إشعاع الميكروويف بدلاً من الأشعة تحت الحمراء أو المرئية. كان مازر "تاونز" غير قادر على الإنتاج المستمر.

وفي الوقت نفسه، في الاتحاد السوفيتي، كان نيكولاي باسوف وألكسندر بروخوروف يعملان بشكل مستقل على مذبذب الكم وحلوا مشكلة أنظمة الخرج المستمر باستخدام أكثر من مستويين من الطاقة. يمكن لوسائط الكسب هذه إطلاق انبعاثات محفزة بين حالة الإثارة والحالة الأقل إثارة، وليس الحالة الأساسية، مما يسهل الحفاظ على انعكاس السكان. في عام 1955، اقترح بروخوروف وباسوف الضخ البصري لنظام متعدد المستويات كطريقة للحصول على انعكاس السكان، وهي طريقة رئيسية لضخ الليزر فيما بعد.

في عام 1957، بدأ تشارلز هارد تاونز و ارثر ليونارد شاولو، ثم في مختبرات بيل، دراسة جادة عن ليزر الأشعة تحت الحمراء. مع تطور الأفكار، تخلوا عن الأشعة تحت الحمراء للتركيز بدلاً من ذلك على الضوء المرئي. كان المفهوم في الأصل يسمى "المازر البصري".

في الوقت نفسه، في جامعة كولومبيا، كان طالب الدراسات العليا جوردون جولد يعمل على أطروحة دكتوراه حول مستويات الطاقة في الثاليوم المتحمس. عندما التقى غولد وتاونز، تحدثوا عن الانبعاثات الإشعاعي، كموضوع عام؛ بعد ذلك، في نوفمبر 1957، لاحظ غولد أفكاره عن "الليزر"، بما في ذلك استخدام كاشف الموجات الهرتزية المفتوح (أصبح لاحقًا مكونًا أساسيًا لجهاز الليزر).

في عام 1958، قدمت مختبرات بيل طلب براءة اختراع لمازرها البصري المقترح. قدم شاولو وتاونز مخطوطة من حساباتهم النظرية إلى فيزيكال ريفيو، الذي نُشر في ذلك العام في المجلد 112، العدد رقم 6.

في عام 1958، اقترح بروخوروف بشكل مستقل استخدام مرنان مفتوح، وهو أول ظهور منشور (في الاتحاد السوفياتي) لهذه الفكرة. في مكان آخر، في الولايات المتحدة، وافق "شاولو" و"تاونز" على تصميم ليزر مفتوح الرنان - على ما يبدو غير مدركين لمنشورات بروخوروف وعمل الليزر غير المنشور لـ جولد.

في مؤتمر عام 1959، نشر جوردون جولد مصطلح الليزر في مقالة "الليزر، تضخيم الضوء بواسطة الانبعاث المحفز للإشعاع".

تضمنت ملاحظات جولد تطبيقات محتملة لليزر، مثل قياس الطيف وقياس التداخل والرادار والاندماج النووي. واصل تطوير الفكرة، وقدم طلب براءة اختراع في أبريل 1959.

رفض مكتب براءات الاختراع الأمريكي طلب جولد، ومنح براءة اختراع لمختبرات بيل، في عام 1960.

في 16 مايو 1960، قام "ثيودور إتش ميمان" بتشغيل أول ليزر عامل في مختبرات أبحاث هيوز، ماليبو، كاليفورنيا، قبل العديد من الفرق البحثية، بما في ذلك فرق تاونز، في جامعة كولومبيا، وآرثر شاولو، في مختبرات بيل، وجولد، في شركة تى ار جى (مجموعة البحوث التقنية). استخدم ليزر مايمان الوظيفي بلورة الياقوت الاصطناعية التي يتم ضخها بمصباح فلاش لإنتاج ضوء ليزر أحمر بطول موجي يبلغ 694 نانومتر. كان الجهاز قادرًا فقط على التشغيل النبضي، بسبب مخطط تصميم الضخ ثلاثي المستويات.

في وقت لاحق من ذلك العام، قام الفيزيائي الإيراني "علي جافان" و"ويليام آر بينيت" و"دونالد هيريوت" ببناء أول ليزر غازي باستخدام الهيليوم والنيون الذي كان قادرًا على العمل المستمر في الأشعة تحت الحمراء (براءة الاختراع الأمريكية 3,149,290). في وقت لاحق، حصل جافان على جائزة ألبرت أينشتاين في عام 1993. اقترح باسوف وجافان مفهوم الصمام الثنائي لليزر أشباه الموصلات.

في عام 1962، عرض "روبرت إن هول" أول جهاز ليزر ثنائي الصمام، والذي يتكون من زرنيخيد الغاليوم وينبعث في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة من الطيف عند 850 نانومتر. في وقت لاحق من ذلك العام، أظهر "نيك هولونياك" الابن أول ليزر أشباه الموصلات بانبعاث مرئي. لا يمكن استخدام ليزر أشباه الموصلات الأول إلا في تشغيل الحزمة النبضية، وعند تبريده إلى درجات حرارة النيتروجين السائل (77 كلفن).

أفاد تاونز أن العديد من الفيزيائيين البارزين - من بينهم نيلز بور، وجون فون نيومان، وليولين توماس - جادلوا بأن المازر انتهك مبدأ عدم اليقين لهيزنبرغ وبالتالي لا يمكن أن ينجح. توقع آخرون مثل إيسيدور ربيع وبوليكارب كوش أنه سيكون غير عملي ولا يستحق الجهد المبذول. في عام 1964، شارك تشارلز إتش. تاونز، ونيكولاي باسوف، وألكسندر بروخوروف في جائزة نوبل في الفيزياء، "للعمل الأساسي في مجال الإلكترونيات الكمية، والذي أدى إلى بناء مذبذبات ومضخمات على أساس مبدأ الليزر والمازر".

في عام 1970، قام زوريس ألفيروف، في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، و ايزو هاياشي و مورتون بانيش من بيل تيليفون لابوراتوري، بشكل مستقل، بتطوير ليزر ديود بدرجة حرارة الغرفة، يعمل باستمرار، باستخدام بنية غير متجانسة.

منذ الفترة المبكرة من تاريخ الليزر، أنتجت أبحاث الليزر مجموعة متنوعة من أنواع الليزر المحسنة والمتخصصة، والتي تم تحسينها لتحقيق أهداف أداء مختلفة، بما في ذلك: - نطاقات الطول الموجي الجديدة - الحد الأقصى لمتوسط طاقة الخرج - ذروة طاقة النبض - أقصى قوة نبضة - الحد الأدنى من مدة النبض الناتج - الحد الأدنى لخط الخط - أقصى كفاءة للطاقة - أدنى تكلفة وتستمر هذه الأبحاث حتى يومنا هذا.

في عام 2015، صنع الباحثون ليزرًا أبيض، يتم تعديل ضوءه بواسطة ورقة نانوية اصطناعية مصنوعة من الزنك والكادميوم والكبريت والسيلينيوم والتي يمكن أن تنبعث من الضوء الأحمر والأخضر والأزرق بنسب متفاوتة، مع كل طول موجي يمتد إلى 191 نانومتر.

في عام 2017، أظهر الباحثون في جامعة دلفت ليزر ميكروويف تقاطع ايه سى جوزيفسن. نظرًا لأن الليزر يعمل في نظام الموصلية الفائقة، فهو أكثر استقرارًا من الليزر القائم على أشباه الموصلات. الجهاز لديه إمكانات للتطبيقات في الحوسبة الكمومية.

في عام 2017، أظهر الباحثون في جامعة ميونيخ التقنية أصغر ليزر لقفل للوضع قادر على إصدار أزواج من نبضات ليزر "بيكو ثانية" مغلقة الطور بتردد تكرار يصل إلى 200 جيجاهرتز.

في عام 2017، أنشأ باحثون من المعهد الوطني للقياس في جمهورية ألمانيا الاتحادية، مع مهام الخدمة العلمية والتقنية، جنبًا إلى جنب مع باحثين أمريكيين من جيلا، وهو معهد مشترك بين المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا وجامعة كولورادو بولدر، رقمًا قياسيًا عالميًا جديدًا من خلال تطوير ليزر ألياف مخدر بالإربيوم بعرض خط 10 مللي هرتز فقط.