Sejarah Laser

Pada tahun 1917, Albert Einstein menetapkan dasar teoretis untuk laser dan maser dalam makalah Zur Quantentheorie der Strahlung (Tentang Teori Kuantum Radiasi) melalui penurunan ulang hukum radiasi Max Planck, yang secara konseptual didasarkan pada koefisien probabilitas (koefisien Einstein) untuk penyerapan, emisi spontan, dan emisi terstimulasi dari radiasi elektromagnetik.

Albert EinsteinMax Planck

Lanjutkan dalam Cerita

Pada tahun 1928, Rudolf W. Ladenburg mengonfirmasi keberadaan fenomena emisi terstimulasi dan penyerapan negatif.

Rudolf W. Ladenburg

Lanjutkan dalam Cerita

Pada tahun 1939, Valentin A. Fabrikant memprediksi penggunaan emisi terstimulasi untuk memperkuat gelombang "pendek".

Pada tahun 1947, Willis E. Lamb dan R.C. Retherford menemukan emisi terstimulasi yang tampak dalam spektrum hidrogen dan melakukan demonstrasi pertama emisi terstimulasi.

Willis Lamb

Lanjutkan dalam Cerita

Pada tahun 1950, Alfred Kastler (Pemenang Hadiah Nobel Fisika 1966) mengusulkan metode pemompaan optik, yang dikonfirmasi secara eksperimental dua tahun kemudian oleh Brossel, Kastler, dan Winter.

Alfred Kastler

Lanjutkan dalam Cerita

Pada tahun 1951, Joseph Weber mengajukan makalah tentang penggunaan emisi terstimulasi untuk membuat penguat gelombang mikro ke Konferensi Penelitian Tabung Vakum Institute of Radio Engineers bulan Juni 1952 di Ottawa, Ontario, Kanada. Setelah presentasi ini, RCA meminta Weber untuk memberikan seminar tentang ide ini, dan Charles Hard Townes memintanya untuk memberikan salinan makalah tersebut.

Pada tahun 1953, Charles Hard Townes dan mahasiswa pascasarjana James P. Gordon serta Herbert J. Zeiger memproduksi penguat gelombang mikro pertama, sebuah perangkat yang beroperasi dengan prinsip yang mirip dengan laser, tetapi memperkuat radiasi gelombang mikro, bukan radiasi inframerah atau cahaya tampak. Maser milik Townes tidak mampu menghasilkan output kontinu.

Charles H. Townes

Lanjutkan dalam Cerita

Sementara itu, di Uni Soviet, Nikolay Basov dan Aleksandr Prokhorov secara independen mengerjakan osilator kuantum dan memecahkan masalah sistem output kontinu dengan menggunakan lebih dari dua tingkat energi. Media penguat ini dapat melepaskan emisi terstimulasi antara keadaan tereksitasi dan keadaan tereksitasi yang lebih rendah, bukan keadaan dasar, sehingga memfasilitasi pemeliharaan inversi populasi. Pada tahun 1955, Prokhorov dan Basov menyarankan pemompaan optik pada sistem multi-level sebagai metode untuk mendapatkan inversi populasi, yang kemudian menjadi metode utama pemompaan laser.

Nikolay BasovAlexander Prokhorov

Lanjutkan dalam Cerita

Pada tahun 1957, Charles Hard Townes dan Arthur Leonard Schawlow, yang saat itu berada di Bell Labs, memulai studi serius tentang laser inframerah. Seiring berkembangnya ide, mereka meninggalkan radiasi inframerah untuk berkonsentrasi pada cahaya tampak. Konsep ini awalnya disebut sebagai "maser optik".

Arthur Leonard SchawlowCharles H. Townes

Lanjutkan dalam Cerita

Secara bersamaan, di Universitas Columbia, mahasiswa pascasarjana Gordon Gould sedang mengerjakan tesis doktoral tentang tingkat energi talium tereksitasi. Ketika Gould dan Townes bertemu, mereka berbicara tentang emisi radiasi sebagai subjek umum; setelah itu, pada November 1957, Gould mencatat ide-idenya untuk sebuah "laser", termasuk penggunaan resonator terbuka (yang kemudian menjadi komponen penting perangkat laser).

Gordon Gould

Lanjutkan dalam Cerita

Pada tahun 1958, Bell Labs mengajukan permohonan paten untuk maser optik yang mereka usulkan; dan Schawlow serta Townes menyerahkan naskah perhitungan teoretis mereka ke Physical Review, yang diterbitkan tahun itu di Volume 112, Edisi No. 6.

Pada tahun 1958, Prokhorov secara independen mengusulkan penggunaan resonator terbuka, kemunculan pertama ide ini yang dipublikasikan (di Uni Soviet). Di tempat lain, di AS, Schawlow dan Townes telah menyetujui desain laser resonator terbuka – tampaknya tidak mengetahui publikasi Prokhorov dan karya laser Gould yang belum dipublikasikan.

Alexander Prokhorov

Lanjutkan dalam Cerita

Pada sebuah konferensi tahun 1959, Gordon Gould menerbitkan istilah LASER dalam makalah The LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

Catatan Gould mencakup kemungkinan aplikasi untuk laser, seperti spektrometri, interferometri, radar, dan fusi nuklir. Ia terus mengembangkan ide tersebut, dan mengajukan permohonan paten pada April 1959.

Kantor Paten AS menolak permohonan Gould, dan memberikan paten kepada Bell Labs, pada tahun 1960.

Pada 16 Mei 1960, Theodore H. Maiman mengoperasikan laser pertama yang berfungsi di Hughes Research Laboratories, Malibu, California, mendahului beberapa tim peneliti, termasuk tim dari Townes di Columbia University, Arthur Schawlow di Bell Labs, dan Gould di perusahaan TRG (Technical Research Group). Laser fungsional Maiman menggunakan kristal rubi sintetis yang dipompa lampu kilat untuk menghasilkan cahaya laser merah pada panjang gelombang 694 nanometer. Perangkat ini hanya mampu beroperasi secara berdenyut, karena skema desain pemompaan tiga tingkatnya.

Theodore Maiman

Lanjutkan dalam Cerita

Kemudian pada tahun yang sama, fisikawan Iran Ali Javan, dan William R. Bennett, serta Donald Herriott, membangun laser gas pertama, menggunakan helium dan neon yang mampu beroperasi secara terus-menerus dalam inframerah (Paten AS 3.149.290). Kemudian, Javan menerima Penghargaan Albert Einstein pada tahun 1993. Basov dan Javan mengusulkan konsep dioda laser semikonduktor.

Ali Javan

Lanjutkan dalam Cerita

Pada tahun 1962, Robert N. Hall mendemonstrasikan perangkat dioda laser pertama, yang terbuat dari galium arsenida dan memancarkan cahaya pada pita spektrum inframerah dekat pada 850 nm. Kemudian pada tahun yang sama, Nick Holonyak, Jr. mendemonstrasikan laser semikonduktor pertama dengan emisi yang terlihat. Laser semikonduktor pertama ini hanya dapat digunakan dalam operasi berkas berdenyut, dan ketika didinginkan hingga suhu nitrogen cair (77 K).

Nick Holonyak Jr.Nick Holonyak Jr.

Lanjutkan dalam Cerita

Townes melaporkan bahwa beberapa fisikawan terkemuka—di antaranya Niels Bohr, John von Neumann, dan Llewellyn Thomas—berpendapat bahwa maser melanggar prinsip ketidakpastian Heisenberg sehingga tidak mungkin berhasil. Yang lain seperti Isidor Rabi dan Polykarp Kusch memperkirakan bahwa itu tidak praktis dan tidak sepadan dengan usahanya. Pada tahun 1964, Charles H. Townes, Nikolay Basov, dan Aleksandr Prokhorov berbagi Hadiah Nobel Fisika, "untuk karya fundamental di bidang elektronika kuantum, yang telah mengarah pada pembangunan osilator dan penguat berdasarkan prinsip maser-laser".

Niels BohrJohn von NeumannLlewellyn ThomasCharles H. TownesNikolay BasovAlexander Prokhorov

Lanjutkan dalam Cerita

Pada tahun 1970, Zhores Alferov di Uni Soviet, serta Izuo Hayashi dan Morton Panish dari Bell Telephone Laboratories juga secara independen mengembangkan laser dioda suhu ruangan yang beroperasi terus-menerus, menggunakan struktur heterojungsi.

Zhores Alferov

Lanjutkan dalam Cerita

Sejak periode awal sejarah laser, penelitian laser telah menghasilkan berbagai jenis laser yang ditingkatkan dan dikhususkan, yang dioptimalkan untuk tujuan kinerja yang berbeda, termasuk: - pita panjang gelombang baru - daya keluaran rata-rata maksimum - energi pulsa puncak maksimum - daya pulsa puncak maksimum - durasi pulsa keluaran minimum - lebar garis minimum - efisiensi daya maksimum - biaya minimum Dan penelitian ini berlanjut hingga hari ini.

Pada tahun 2015, para peneliti membuat laser putih, yang cahayanya dimodulasi oleh nanosheet sintetis yang terbuat dari seng, kadmium, belerang, dan selenium yang dapat memancarkan cahaya merah, hijau, dan biru dalam proporsi yang bervariasi, dengan setiap panjang gelombang mencakup 191 nm.

Pada tahun 2017, para peneliti di TU Delft mendemonstrasikan laser gelombang mikro persimpangan Josephson AC. Karena laser beroperasi dalam rezim superkonduktor, laser ini lebih stabil daripada laser berbasis semikonduktor lainnya. Perangkat ini memiliki potensi untuk aplikasi dalam komputasi kuantum.

Pada tahun 2017, para peneliti di TU Munich mendemonstrasikan laser pengunci mode terkecil yang mampu memancarkan pasangan pulsa laser pikodetik yang terkunci fase dengan frekuensi pengulangan hingga 200 GHz.

Pada tahun 2017, para peneliti dari Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), bersama dengan peneliti AS dari JILA, sebuah lembaga gabungan dari National Institute of Standards and Technology (NIST) dan University of Colorado Boulder, mencetak rekor dunia baru dengan mengembangkan laser serat yang didoping erbium dengan lebar garis hanya 10 milihertz.