1960 تا حال
Germany, U.S. and U.S.S.R.
لیزر دستگاهی است که از طریق فرآیند تقویت نوری مبتنی بر گسیل القایی تابش الکترومغناطیسی، نور ساطع میکند. اصطلاح «لیزر» به عنوان مخففی برای «تقویت نور توسط گسیل القایی تابش» (light amplification by stimulated emission of radiation) ابداع شد. اولین لیزر در سال ۱۹۶۰ توسط تئودور اچ. مایمن در آزمایشگاههای تحقیقاتی هیوز، بر اساس کارهای نظری چارلز هارد تاونز و آرتور لئونارد شالو ساخته شد.
در سال ۱۹۱۷، آلبرت اینشتین مبانی نظری لیزر و میزر را در مقاله «در باب نظریه کوانتومی تابش» (Zur Quantentheorie der Strahlung) از طریق بازنویسی قانون تابش ماکس پلانک، که از نظر مفهومی بر اساس ضرایب احتمال (ضرایب اینشتین) برای جذب، گسیل خودبهخودی و گسیل القایی تابش الکترومغناطیسی بود، پایهگذاری کرد.
در سال ۱۹۲۸، رودولف دبلیو. لادنبورگ وجود پدیدههای گسیل القایی و جذب منفی را تأیید کرد.
در سال ۱۹۳۹، والنتین ای. فابریکانت استفاده از گسیل القایی برای تقویت امواج «کوتاه» را پیشبینی کرد.
در سال ۱۹۴۷، ویلیس ای. لم و آر.سی. رترفورد گسیل القایی ظاهری را در طیفهای هیدروژن یافتند و اولین نمایش گسیل القایی را به انجام رساندند.
در سال ۱۹۵۰، آلفرد کاستلر (برنده جایزه نوبل فیزیک ۱۹۶۶) روش پمپاژ نوری را پیشنهاد کرد که دو سال بعد توسط بروسل، کاستلر و وینتر به صورت تجربی تأیید شد.
در سال ۱۹۵۱، جوزف وبر مقالهای درباره استفاده از گسیلهای القایی برای ساخت تقویتکننده مایکروویو به کنفرانس تحقیقات لامپ خلأ مؤسسه مهندسان رادیو در ژوئن ۱۹۵۲ در اتاوا، انتاریو، کانادا ارائه کرد. پس از این ارائه، شرکت RCA از وبر خواست تا سمیناری در مورد این ایده برگزار کند و چارلز هارد تاونز از او نسخهای از مقاله را درخواست کرد.
در سال ۱۹۵۳، چارلز هارد تاونز و دانشجویان تحصیلات تکمیلی جیمز پی. گوردون و هربرت جی. زایگر اولین تقویتکننده مایکروویو را تولید کردند؛ دستگاهی که بر اساس اصولی مشابه لیزر کار میکرد، اما به جای تابش مادون قرمز یا مرئی، تابش مایکروویو را تقویت میکرد. میزر تاونز قادر به خروجی مداوم نبود.
در همین حال، در اتحاد جماهیر شوروی، نیکلای باسوف و الکساندر پروخوروف به طور مستقل روی نوسانگر کوانتومی کار میکردند و مشکل سیستمهای با خروجی مداوم را با استفاده از بیش از دو سطح انرژی حل کردند. این محیطهای بهره میتوانستند گسیلهای القایی را بین یک حالت برانگیخته و یک حالت برانگیخته پایینتر (نه حالت پایه) آزاد کنند که حفظ وارونگی جمعیت را تسهیل میکرد. در سال ۱۹۵۵، پروخوروف و باسوف پمپاژ نوری یک سیستم چندسطحی را به عنوان روشی برای دستیابی به وارونگی جمعیت پیشنهاد کردند که بعداً به روش اصلی پمپاژ لیزر تبدیل شد.
در سال ۱۹۵۷، چارلز هارد تاونز و آرتور لئونارد شالو، که در آن زمان در آزمایشگاههای بل بودند، مطالعه جدی لیزر مادون قرمز را آغاز کردند. با توسعه ایدهها، آنها تابش مادون قرمز را رها کردند تا در عوض بر نور مرئی تمرکز کنند. این مفهوم در ابتدا «میزر نوری» نامیده میشد.
به طور همزمان، در دانشگاه کلمبیا، دانشجوی تحصیلات تکمیلی گوردون گولد در حال کار بر روی پایاننامه دکتری خود در مورد سطوح انرژی تالیوم برانگیخته بود. هنگامی که گولد و تاونز ملاقات کردند، در مورد گسیل تابش به عنوان یک موضوع کلی صحبت کردند؛ پس از آن، در نوامبر ۱۹۵۷، گولد ایدههای خود را برای یک «لیزر»، از جمله استفاده از یک تشدیدگر باز (که بعداً به یک جزء ضروری دستگاه لیزر تبدیل شد) یادداشت کرد.
در سال ۱۹۵۸، آزمایشگاههای بل درخواست ثبت اختراع برای میزر نوری پیشنهادی خود را ارائه کردند؛ و شالو و تاونز دستنوشته محاسبات نظری خود را به مجله فیزیکال ریویو (Physical Review) ارسال کردند که در همان سال در جلد ۱۱۲، شماره ۶ منتشر شد.
در سال ۱۹۵۸، پروخوروف به طور مستقل استفاده از یک تشدیدگر باز را پیشنهاد کرد، که اولین ظهور منتشر شده (در اتحاد جماهیر شوروی) از این ایده بود. در جای دیگر، در ایالات متحده، شالو و تاونز بر سر طراحی لیزر با تشدیدگر باز توافق کرده بودند - ظاهراً بدون اطلاع از انتشارات پروخوروف و کارهای منتشر نشده لیزر گولد.
در کنفرانسی در سال ۱۹۵۹، گوردون گولد اصطلاح لیزر (LASER) را در مقاله «لیزر، تقویت نور توسط گسیل القایی تابش» منتشر کرد.
یادداشتهای گولد شامل کاربردهای احتمالی برای لیزر، مانند طیفسنجی، تداخلسنجی، رادار و همجوشی هستهای بود. او به توسعه این ایده ادامه داد و در آوریل ۱۹۵۹ درخواست ثبت اختراع ارائه کرد.
اداره ثبت اختراع ایالات متحده درخواست گولد را رد کرد و در سال ۱۹۶۰ حق اختراع را به آزمایشگاههای بل اعطا کرد.
در ۱۶ مه ۱۹۶۰، تئودور اچ. میمن اولین لیزر کارآمد را در آزمایشگاههای تحقیقاتی هیوز در مالیبو، کالیفرنیا، پیش از چندین تیم تحقیقاتی دیگر از جمله تیمهای تاونز در دانشگاه کلمبیا، آرتور شاولو در آزمایشگاههای بل، و گولد در شرکت TRG (گروه تحقیقات فنی) به کار انداخت. لیزر کارآمد میمن از یک کریستال یاقوت مصنوعی که با فلاشلامپ پمپ میشد استفاده کرد تا نور لیزر قرمز با طول موج ۶۹۴ نانومتر تولید کند. این دستگاه به دلیل طرح پمپاژ سه سطحی خود، تنها قادر به عملکرد پالسی بود.
در اواخر همان سال، فیزیکدان ایرانی علی جوان، به همراه ویلیام آر. بنت و دونالد هریوت، اولین لیزر گازی را با استفاده از هلیوم و نئون ساختند که قادر به عملکرد مداوم در محدوده مادون قرمز بود (ثبت اختراع ایالات متحده ۳,۱۴۹,۲۹۰). بعدها، جوان در سال ۱۹۹۳ جایزه آلبرت اینشتین را دریافت کرد. باسوف و جوان مفهوم دیود لیزر نیمهرسانا را پیشنهاد کردند.
در سال ۱۹۶۲، رابرت ان. هال اولین دستگاه دیود لیزر را نمایش داد که از آرسنید گالیم ساخته شده بود و در باند مادون قرمز نزدیک طیف با طول موج ۸۵۰ نانومتر تابش میکرد. در اواخر همان سال، نیک هولونیاک جونیور اولین لیزر نیمهرسانا با تابش مرئی را نمایش داد. این اولین لیزر نیمهرسانا تنها در حالت عملکرد پرتو پالسی و هنگام خنک شدن تا دمای نیتروژن مایع (۷۷ کلوین) قابل استفاده بود.
تاونز گزارش میدهد که چندین فیزیکدان برجسته—از جمله نیلز بور، جان فون نویمان و لولین توماس—استدلال میکردند که میزر اصل عدم قطعیت هایزنبرگ را نقض میکند و بنابراین نمیتواند کار کند. دیگرانی مانند ایسیدور رابی و پولیکارپ کوش انتظار داشتند که این دستگاه غیرعملی باشد و ارزش تلاش را نداشته باشد. در سال ۱۹۶۴، چارلز اچ. تاونز، نیکولای باسوف و الکساندر پروخوروف جایزه نوبل فیزیک را «برای کارهای بنیادی در زمینه الکترونیک کوانتومی که منجر به ساخت نوسانسازها و تقویتکنندههای مبتنی بر اصل میزر-لیزر شده است» به طور مشترک دریافت کردند.
در سال ۱۹۷۰، ژورس آلفروف در اتحاد جماهیر شوروی، و ایزو هایاشی و مورتون پانیش از آزمایشگاههای تلفن بل نیز به طور مستقل لیزرهای دیودی با عملکرد مداوم در دمای اتاق را با استفاده از ساختار هتروجانکشن توسعه دادند.
از اوایل تاریخ لیزر، تحقیقات لیزری منجر به تولید انواع لیزرهای بهبودیافته و تخصصی شده است که برای اهداف عملکردی مختلف بهینهسازی شدهاند، از جمله: - باندهای طول موج جدید - حداکثر توان خروجی متوسط - حداکثر انرژی پالس پیک - حداکثر توان پالس پیک - حداقل مدت زمان پالس خروجی - حداقل پهنای خط - حداکثر بازده توان - حداقل هزینه و این تحقیقات تا به امروز ادامه دارد.
در سال ۲۰۱۵، محققان یک لیزر سفید ساختند که نور آن توسط یک نانوورق مصنوعی ساخته شده از روی، کادمیوم، گوگرد و سلنیوم تعدیل میشود؛ این نانوورق میتواند نور قرمز، سبز و آبی را در نسبتهای متغیر تابش کند و هر طول موج آن ۱۹۱ نانومتر را پوشش میدهد.
در سال ۲۰۱۷، محققان دانشگاه صنعتی دلفت یک لیزر مایکروویو پیوند جوزفسون AC را نمایش دادند. از آنجایی که این لیزر در رژیم ابررسانایی کار میکند، نسبت به سایر لیزرهای مبتنی بر نیمهرسانا پایدارتر است. این دستگاه پتانسیل کاربرد در محاسبات کوانتومی را دارد.
در سال ۲۰۱۷، محققان دانشگاه فنی مونیخ کوچکترین لیزر قفلمد را نمایش دادند که قادر به تابش جفتهای پالس لیزری پیکوثانیهای با فاز قفلشده و با فرکانس تکرار تا ۲۰۰ گیگاهرتز است.
در سال ۲۰۱۷، محققان موسسه فیزیکی-فنی فدرال (PTB)، به همراه محققان آمریکایی از JILA، یک موسسه مشترک بین موسسه ملی استانداردها و فناوری (NIST) و دانشگاه کلرادو بولدر، با توسعه یک لیزر فیبری دوپشده با اربیوم با پهنای خط تنها ۱۰ میلیهرتز، رکورد جهانی جدیدی را ثبت کردند.
