アインシュタインが論文『放射の量子論(Zur Quantentheorie der Strahlung)』においてレーザーとメーザーの理論的基礎を確立
1917年、アルベルト・アインシュタインは、マックス・プランクの放射法則を再導出し、電磁放射の吸収、自然放出、誘導放出に関する確率係数(アインシュタイン係数)を概念的基礎とすることで、論文『放射の量子論(Zur Quantentheorie der Strahlung)』においてレーザーとメーザーの理論的基礎を確立した。

1960 へ 現在
Germany, U.S. and U.S.S.R.
レーザーとは、電磁放射の誘導放出に基づく光増幅のプロセスを通じて光を放出する装置である。「レーザー(laser)」という用語は、「光増幅による放射の誘導放出(light amplification by stimulated emission of radiation)」の頭字語として生まれた。最初のレーザーは1960年、ヒューズ研究所のセオドア・H・メイマンによって、チャールズ・ハード・タウンズとアーサー・レナード・シャローの理論的研究に基づいて製作された。
1917年、アルベルト・アインシュタインは、マックス・プランクの放射法則を再導出し、電磁放射の吸収、自然放出、誘導放出に関する確率係数(アインシュタイン係数)を概念的基礎とすることで、論文『放射の量子論(Zur Quantentheorie der Strahlung)』においてレーザーとメーザーの理論的基礎を確立した。
1928年、ルドルフ・W・ラデンブルクは、誘導放出と負の吸収という現象の存在を確認した。
1939年、ヴァレンティン・A・ファブリカントは、誘導放出を用いて「短」波を増幅する可能性を予測した。
1947年、ウィリス・E・ラムとR・C・レザフォードは、水素スペクトルにおいて誘導放出の兆候を発見し、誘導放出の最初の実証を行った。
1950年、アルフレッド・カストラー(1966年ノーベル物理学賞受賞)は光ポンピング法を提案し、その2年後にブロッセル、カストラー、ウィンターによって実験的に確認された。
1951年、ジョセフ・ウェーバーは、誘導放出を用いてマイクロ波増幅器を作るという論文を、カナダのオンタリオ州オタワで開催された1952年6月の米国無線学会真空管研究会議に提出した。 この発表の後、RCAはウェーバーにこのアイデアに関するセミナーを依頼し、チャールズ・ハード・タウンズは彼に論文のコピーを求めた。
1953年、チャールズ・ハード・タウンズと大学院生のジェームズ・P・ゴードン、ハーバート・J・ツァイガーは、初のマイクロ波増幅器を製作した。これはレーザーと同様の原理で動作する装置だが、赤外線や可視光線ではなくマイクロ波を増幅するものであった。タウンズのメーザーは連続出力が不可能であった。
一方、ソビエト連邦では、ニコライ・バソフとアレクサンドル・プロホロフが独立して量子発振器の研究を行っており、3つ以上のエネルギー準位を用いることで連続出力システムの課題を解決した。これらの利得媒体は、基底状態ではなく、励起状態とより低い励起状態の間で誘導放出を発生させることができ、反転分布の維持を容易にした。 1955年、プロホロフとバソフは、反転分布を得る方法として多準位系の光ポンピングを提案した。これは後にレーザーポンピングの主要な手法となった。
1957年、当時ベル研究所にいたチャールズ・ハード・タウンズとアーサー・レナード・シャローは、赤外線レーザーの本格的な研究を開始した。アイデアが発展するにつれ、彼らは赤外線放射を断念し、代わりに可視光線に集中することにした。この概念は当初「光メーザー」と呼ばれていた。
同時期、コロンビア大学の大学院生ゴードン・グールドは、励起タリウムのエネルギー準位に関する博士論文に取り組んでいた。グールドとタウンズが会った際、彼らは放射放出という一般的なテーマについて話し合った。その後、1957年11月にグールドは、開放型共振器(後にレーザー装置の不可欠な構成要素となる)の使用を含む「レーザー」のアイデアを記録した。
1958年、ベル研究所は提案した光メーザーの特許を出願した。また、シャローとタウンズは理論計算の原稿を『フィジカル・レビュー』誌に提出し、同年の第112巻第6号に掲載された。
1958年、プロホロフは独立して開放型共振器の使用を提案した。これがこのアイデアの(ソ連における)最初の公表となった。一方、米国では、シャローとタウンズが開放型共振器を用いたレーザー設計に合意していたが、プロホロフの論文やグールドの未発表のレーザー研究については知らなかったようである。
1959年の会議において、ゴードン・グールドは論文『LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(レーザー、光増幅による放射の誘導放出)』の中で「LASER」という用語を発表した。
グールドのノートには、分光法、干渉法、レーダー、核融合など、レーザーの可能な応用例が記されていた。彼はアイデアの開発を続け、1959年4月に特許を出願した。
1960年、米国特許庁はグールドの申請を却下し、ベル研究所に特許を付与した。
1960年5月16日、セオドア・H・メイマンは、コロンビア大学のタウンズ、ベル研究所のアーサー・ショーロー、TRG(Technical Research Group)社のグールドらを含む複数の研究チームに先駆け、カリフォルニア州マリブのヒューズ研究所で世界初の機能するレーザーを動作させました。メイマンの機能的なレーザーは、フラッシュランプで励起される合成ルビー結晶を使用し、波長694ナノメートルの赤いレーザー光を生成しました。この装置は、3準位励起設計方式のため、パルス動作のみが可能でした。
その年の後半、イランの物理学者アリ・ジャヴァン、ウィリアム・R・ベネット、ドナルド・ヘリオットは、ヘリウムとネオンを使用して、赤外線領域で連続動作が可能な初のガスレーザーを構築しました(米国特許第3,149,290号)。 その後、ジャヴァンは1993年にアルバート・アインシュタイン賞を受賞しました。バソフとジャヴァンは、半導体レーザーダイオードの概念を提唱しました。
1962年、ロバート・N・ホールは、ガリウムヒ素で作られ、スペクトルの近赤外線帯域である850nmで発光する初のレーザーダイオード装置を実証しました。その年の後半、ニック・ホロニアック・ジュニアが可視光を発する初の半導体レーザーを実証しました。 この最初の半導体レーザーは、パルスビーム動作でしか使用できず、液体窒素温度(77 K)まで冷却する必要がありました。
タウンズの報告によると、ニールス・ボーア、ジョン・フォン・ノイマン、ルウェリン・トーマスを含む数人の著名な物理学者が、メーザーはハイゼンベルクの不確定性原理に違反しており、したがって機能するはずがないと主張しました。イジドール・ラビやポリカルプ・クッシュのような他の人々は、それは非実用的であり、努力する価値がないと予想していました。 1964年、チャールズ・H・タウンズ、ニコライ・バソフ、アレクサンドル・プロホロフは、「メーザー・レーザーの原理に基づく発振器および増幅器の構築につながった量子エレクトロニクス分野における基礎的研究」により、ノーベル物理学賞を共同受賞しました。
1970年、ソ連のジョレス・アルフェロフ、およびベル電話研究所の林厳雄とモートン・パニッシュも、ヘテロ接合構造を用いて、室温での連続動作が可能なダイオードレーザーを独自に開発しました。
レーザーの歴史の初期から、レーザー研究は、以下のような異なる性能目標に向けて最適化された、多様な改良型および特殊なレーザータイプを生み出してきました。 - 新しい波長帯 - 最大平均出力 - 最大ピークパルスエネルギー - 最大ピークパルスパワー - 最小出力パルス幅 - 最小線幅 - 最大電力効率 - 最小コスト そして、これらの研究は今日まで続いています。
2015年、研究者たちは白色レーザーを作成しました。その光は、亜鉛、カドミウム、硫黄、セレンから作られた合成ナノシートによって変調され、それぞれ191nmにわたる波長で、赤、緑、青の光をさまざまな割合で放出することができます。
2017年、デルフト工科大学の研究者は、ACジョセフソン接合マイクロ波レーザーを実証しました。このレーザーは超伝導領域で動作するため、他の半導体ベースのレーザーよりも安定しています。この装置は、量子コンピューティングへの応用の可能性があります。
2017年、ミュンヘン工科大学の研究者は、最大200 GHzの繰り返し周波数で、位相ロックされたピコ秒レーザーパルスのペアを放出できる最小のモード同期レーザーを実証しました。
2017年、ドイツ物理工学研究所(PTB)の研究者は、米国国立標準技術研究所(NIST)とコロラド大学ボルダー校の共同研究所であるJILAの米国研究者らと共に、わずか10ミリヘルツの線幅を持つエルビウム添加ファイバーレーザーを開発し、世界新記録を樹立しました。