1960 do Přítomnost
Germany, U.S. and U.S.S.R.
Laser je zařízení, které vyzařuje světlo prostřednictvím procesu optického zesílení založeného na stimulované emisi elektromagnetického záření. Termín „laser“ vznikl jako akronym pro „light amplification by stimulated emission of radiation“ (zesílení světla stimulovanou emisí záření). První laser sestrojil v roce 1960 Theodore H. Maiman v Hughes Research Laboratories na základě teoretických prací Charlese Harda Townese a Arthura Leonarda Schawlowa.
V roce 1917 položil Albert Einstein teoretické základy pro laser a maser v článku Zur Quantentheorie der Strahlung (O kvantové teorii záření) prostřednictvím odvození Planckova vyzařovacího zákona, koncepčně založeného na pravděpodobnostních koeficientech (Einsteinovy koeficienty) pro absorpci, spontánní emisi a stimulovanou emisi elektromagnetického záření.
V roce 1928 potvrdil Rudolf W. Ladenburg existenci jevů stimulované emise a negativní absorpce.
V roce 1939 předpověděl Valentin A. Fabrikant využití stimulované emise k zesílení „krátkých“ vln.
V roce 1947 objevili Willis E. Lamb a R.C. Retherford zdánlivou stimulovanou emisi ve spektrech vodíku a provedli první demonstraci stimulované emise.
V roce 1950 navrhl Alfred Kastler (nositel Nobelovy ceny za fyziku 1966) metodu optického čerpání, kterou o dva roky později experimentálně potvrdili Brossel, Kastler a Winter.
V roce 1951 předložil Joseph Weber článek o využití stimulovaných emisí k výrobě mikrovlnného zesilovače na konferenci Institute of Radio Engineers Vacuum Tube Research Conference, která se konala v červnu 1952 v Ottawě v kanadském Ontariu. Po této prezentaci požádala společnost RCA Webera, aby o této myšlence uspořádal seminář, a Charles Hard Townes ho požádal o kopii článku.
V roce 1953 vyrobili Charles Hard Townes a postgraduální studenti James P. Gordon a Herbert J. Zeiger první mikrovlnný zesilovač, zařízení fungující na podobných principech jako laser, ale zesilující mikrovlnné záření namísto infračerveného nebo viditelného záření. Townesův maser nebyl schopen kontinuálního výstupu.
Mezitím v Sovětském svazu Nikolaj Basov a Alexandr Prochorov nezávisle pracovali na kvantovém oscilátoru a vyřešili problém systémů s kontinuálním výstupem použitím více než dvou energetických hladin. Tato aktivní prostředí mohla uvolňovat stimulované emise mezi excitovaným stavem a nižším excitovaným stavem, nikoliv základním stavem, což usnadnilo udržení inverzní populace. V roce 1955 navrhli Prochorov a Basov optické čerpání víceúrovňového systému jako metodu pro dosažení inverzní populace, což se později stalo hlavní metodou laserového čerpání.
V roce 1957 zahájili Charles Hard Townes a Arthur Leonard Schawlow, tehdy v Bell Labs, seriózní studium infračerveného laseru. Jak se jejich nápady vyvíjely, opustili infračervené záření a místo toho se soustředili na viditelné světlo. Koncept se původně nazýval „optický maser“.
Současně na Kolumbijské univerzitě pracoval postgraduální student Gordon Gould na doktorské práci o energetických hladinách excitovaného thalia. Když se Gould a Townes setkali, hovořili o emisi záření jako o obecném tématu; poté si v listopadu 1957 Gould poznamenal své nápady na „laser“, včetně použití otevřeného rezonátoru (později základní součásti laserového zařízení).
V roce 1958 podaly Bell Labs patentovou přihlášku na svůj navrhovaný optický maser; a Schawlow a Townes předložili rukopis svých teoretických výpočtů časopisu Physical Review, který byl toho roku publikován ve svazku 112, číslo 6.
V roce 1958 Prochorov nezávisle navrhl použití otevřeného rezonátoru, což bylo první publikované objevení (v SSSR) této myšlenky. Jinde, v USA, se Schawlow a Townes shodli na konstrukci laseru s otevřeným rezonátorem – zřejmě nevědomi si Prochorovových publikací a Gouldovy nepublikované práce o laseru.
Na konferenci v roce 1959 publikoval Gordon Gould termín LASER v článku The LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER, zesílení světla stimulovanou emisí záření).
Gouldovy poznámky zahrnovaly možná využití laseru, jako je spektrometrie, interferometrie, radar a jaderná fúze. Pokračoval ve vývoji myšlenky a v dubnu 1959 podal patentovou přihlášku.
Americký patentový úřad v roce 1960 zamítl Gouldovu přihlášku a udělil patent společnosti Bell Labs.
Dne 16. května 1960 zprovoznil Theodore H. Maiman první fungující laser v Hughes Research Laboratories v Malibu v Kalifornii, čímž předstihl několik výzkumných týmů, včetně týmů Townese na Kolumbijské univerzitě, Arthura Schawlowa v Bell Labs a Goulda ve společnosti TRG (Technical Research Group). Maimanův funkční laser používal krystal syntetického rubínu čerpaný zábleskovou výbojkou k produkci červeného laserového světla o vlnové délce 694 nanometrů. Zařízení bylo schopné pouze pulzního provozu kvůli své tříhladinové konstrukci čerpání.
Později téhož roku íránský fyzik Ali Javan, William R. Bennett a Donald Herriott zkonstruovali první plynový laser využívající helium a neon, který byl schopen kontinuálního provozu v infračervené oblasti (americký patent 3 149 290). Později, v roce 1993, obdržel Javan Cenu Alberta Einsteina. Basov a Javan navrhli koncept polovodičové laserové diody.
V roce 1962 předvedl Robert N. Hall první laserové diodové zařízení, které bylo vyrobeno z arzenidu galia a emitovalo v blízké infračervené oblasti spektra na vlnové délce 850 nm. Později téhož roku předvedl Nick Holonyak, Jr. první polovodičový laser s viditelnou emisí. Tento první polovodičový laser mohl být použit pouze v pulzním režimu a při ochlazení na teplotu kapalného dusíku (77 K).
Townes uvádí, že několik významných fyziků – mezi nimi Niels Bohr, John von Neumann a Llewellyn Thomas – tvrdilo, že maser porušuje Heisenbergův princip neurčitosti, a proto nemůže fungovat. Jiní, jako Isidor Rabi a Polykarp Kusch, očekávali, že bude nepraktický a nestojí za námahu. V roce 1964 sdíleli Charles H. Townes, Nikolaj Basov a Alexandr Prochorov Nobelovu cenu za fyziku „za základní práci v oblasti kvantové elektroniky, která vedla ke konstrukci oscilátorů a zesilovačů založených na principu maser–laser“.
V roce 1970 Žores Alfjorov v SSSR a Izuo Hayashi a Morton Panish z Bell Telephone Laboratories také nezávisle vyvinuli diodové lasery s kontinuálním provozem při pokojové teplotě s využitím heteropřechodové struktury.
Od počátečního období historie laserů přinesl výzkum laserů řadu vylepšených a specializovaných typů laserů, optimalizovaných pro různé výkonnostní cíle, včetně: - nových vlnových pásem - maximálního průměrného výstupního výkonu - maximální špičkové energie pulzu - maximálního špičkového výkonu pulzu - minimální délky výstupního pulzu - minimální šířky čáry - maximální energetické účinnosti - minimálních nákladů A tyto výzkumy pokračují dodnes.
V roce 2015 vědci vytvořili bílý laser, jehož světlo je modulováno syntetickou nanovrstvou vyrobenou ze zinku, kadmia, síry a selenu, která dokáže emitovat červené, zelené a modré světlo v různých poměrech, přičemž každá vlnová délka pokrývá 191 nm.
V roce 2017 vědci z TU Delft předvedli mikrovlnný laser s AC Josephsonovým přechodem. Protože laser pracuje v supravodivém režimu, je stabilnější než jiné lasery na bázi polovodičů. Zařízení má potenciál pro aplikace v kvantových počítačích.
V roce 2017 vědci z TU Mnichov předvedli nejmenší laser s modovým zamykáním schopný emitovat páry fázově synchronizovaných pikosekundových laserových pulzů s opakovací frekvencí až 200 GHz.
V roce 2017 vědci z Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) společně s americkými vědci z JILA, společného institutu Národního institutu standardů a technologie (NIST) a Coloradské univerzity v Boulderu, ustanovili nový světový rekord vývojem vláknového laseru dopovaného erbiem s šířkou čáry pouze 10 milihertzů.
