1960 로 현재
Germany, U.S. and U.S.S.R.
레이저는 전자기 복사의 유도 방출에 기반한 광학 증폭 과정을 통해 빛을 방출하는 장치입니다. "레이저(laser)"라는 용어는 "유도 방출에 의한 빛의 증폭(light amplification by stimulated emission of radiation)"의 약어에서 유래했습니다. 최초의 레이저는 1960년 휴즈 연구소(Hughes Research Laboratories)의 시어도어 H. 메이먼(Theodore H. Maiman)이 찰스 하드 타운스(Charles Hard Townes)와 아서 레너드 숄로(Arthur Leonard Schawlow)의 이론적 연구를 바탕으로 제작했습니다.
1917년, 알베르트 아인슈타인은 막스 플랑크의 복사 법칙을 재유도함으로써 전자기 복사의 흡수, 자발 방출, 유도 방출에 대한 확률 계수(아인슈타인 계수)를 개념적으로 기반으로 한 논문 '복사의 양자 이론에 관하여(Zur Quantentheorie der Strahlung)'를 통해 레이저와 메이저의 이론적 토대를 확립했습니다.
1928년, 루돌프 W. 라덴부르크(Rudolf W. Ladenburg)는 유도 방출과 음의 흡수 현상의 존재를 확인했습니다.
1939년, 발렌틴 A. 파브리칸트(Valentin A. Fabrikant)는 유도 방출을 사용하여 "단파"를 증폭할 수 있다고 예측했습니다.
1947년, 윌리스 E. 램(Willis E. Lamb)과 R.C. 레더포드(R.C. Retherford)는 수소 스펙트럼에서 유도 방출 현상을 발견하고 최초로 유도 방출을 시연했습니다.
1950년, 알프레드 카스틀러(Alfred Kastler, 1966년 노벨 물리학상 수상)는 광펌핑 방법을 제안했으며, 이는 2년 후 브로셀(Brossel), 카스틀러, 윈터(Winter)에 의해 실험적으로 확인되었습니다.
1951년, 조셉 웨버(Joseph Weber)는 유도 방출을 이용한 마이크로파 증폭기 제작에 관한 논문을 캐나다 온타리오주 오타와에서 열린 1952년 6월 무선 공학자 협회(Institute of Radio Engineers) 진공관 연구 회의에 제출했습니다. 이 발표 이후, RCA는 웨버에게 이 아이디어에 대한 세미나를 요청했고, 찰스 하드 타운스는 그에게 논문 사본을 요청했습니다.
1953년, 찰스 하드 타운스와 대학원생 제임스 P. 고든(James P. Gordon), 허버트 J. 자이거(Herbert J. Zeiger)는 최초의 마이크로파 증폭기를 제작했습니다. 이는 레이저와 유사한 원리로 작동하지만 적외선이나 가시광선이 아닌 마이크로파 복사를 증폭하는 장치였습니다. 타운스의 메이저는 연속 출력이 불가능했습니다.
한편 소련에서는 니콜라이 바소프(Nikolay Basov)와 알렉산드르 프로호로프(Aleksandr Prokhorov)가 독립적으로 양자 발진기를 연구하고 있었으며, 두 개 이상의 에너지 준위를 사용하여 연속 출력 시스템 문제를 해결했습니다. 이 이득 매질은 들뜬 상태와 더 낮은 들뜬 상태(바닥 상태가 아님) 사이에서 유도 방출을 방출하여 밀도 반전을 유지하기 쉽게 만들었습니다. 1955년, 프로호로프와 바소프는 밀도 반전을 얻기 위한 방법으로 다단계 시스템의 광펌핑을 제안했으며, 이는 나중에 레이저 펌핑의 주요 방법이 되었습니다.
1957년, 당시 벨 연구소(Bell Labs)에 있던 찰스 하드 타운스와 아서 레너드 숄로는 적외선 레이저에 대한 본격적인 연구를 시작했습니다. 아이디어가 발전함에 따라 그들은 적외선 복사를 포기하고 대신 가시광선에 집중하기로 했습니다. 이 개념은 원래 "광학 메이저(optical maser)"라고 불렸습니다.
동시에 컬럼비아 대학교에서는 대학원생 고든 굴드(Gordon Gould)가 들뜬 탈륨의 에너지 준위에 관한 박사 학위 논문을 연구하고 있었습니다. 굴드와 타운스가 만났을 때 그들은 일반적인 주제로서 복사 방출에 대해 이야기했습니다. 그 후 1957년 11월, 굴드는 개방형 공진기(나중에 필수적인 레이저 장치 구성 요소가 됨) 사용을 포함하여 "레이저"에 대한 자신의 아이디어를 기록했습니다.
1958년, 벨 연구소는 제안된 광학 메이저에 대한 특허를 출원했습니다. 또한 숄로와 타운스는 자신들의 이론적 계산 원고를 피지컬 리뷰(Physical Review)에 제출했으며, 해당 연도 제112권 제6호에 게재되었습니다.
1958년, 프로호로프는 독립적으로 개방형 공진기 사용을 제안했으며, 이는 해당 아이디어가 (소련에서) 출판된 첫 사례였습니다. 한편 미국에서는 숄로와 타운스가 프로호로프의 출판물과 굴드의 미발표 레이저 연구를 알지 못한 채 개방형 공진기 레이저 설계를 합의했습니다.
1959년 한 회의에서 고든 굴드는 'LASER, 유도 방출에 의한 빛의 증폭(The LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)'이라는 논문에서 LASER라는 용어를 발표했습니다.
굴드의 노트에는 분광법, 간섭계, 레이더, 핵융합 등 레이저의 가능한 응용 분야가 포함되어 있었습니다. 그는 아이디어를 계속 발전시켜 1959년 4월에 특허를 출원했습니다.
미국 특허청은 1960년에 굴드의 신청을 거부하고 벨 연구소에 특허를 부여했습니다.
1960년 5월 16일, 시어도어 H. 메이먼(Theodore H. Maiman)은 캘리포니아 말리부의 휴즈 연구소(Hughes Research Laboratories)에서 컬럼비아 대학교의 타운스(Townes), 벨 연구소의 아서 샬로(Arthur Schawlow), TRG(Technical Research Group)의 굴드(Gould) 등 여러 연구팀보다 앞서 최초의 작동하는 레이저를 선보였습니다. 메이먼의 기능성 레이저는 플래시램프로 펌핑되는 합성 루비 결정을 사용하여 694나노미터 파장의 붉은 레이저 빛을 생성했습니다. 이 장치는 3단계 펌핑 설계 방식 때문에 펄스 작동만 가능했습니다.
그해 말, 이란의 물리학자 알리 자반과 윌리엄 R. 베넷, 도널드 헤리엇은 헬륨과 네온을 사용하여 적외선 영역에서 연속 작동이 가능한 최초의 가스 레이저를 제작했습니다(미국 특허 3,149,290). 이후 자반은 1993년에 알베르트 아인슈타인 상을 받았습니다. 바소프(Basov)와 자반은 반도체 레이저 다이오드 개념을 제안했습니다.
1962년, 로버트 N. 홀은 갈륨 비소로 만들어져 850nm의 근적외선 대역에서 방출되는 최초의 레이저 다이오드 장치를 시연했습니다. 그해 말, 닉 홀로니악 주니어(Nick Holonyak, Jr.)는 가시광선을 방출하는 최초의 반도체 레이저를 시연했습니다. 이 최초의 반도체 레이저는 펄스 빔 작동으로만 사용할 수 있었으며, 액체 질소 온도(77 K)로 냉각해야 했습니다.
타운스는 닐스 보어(Niels Bohr), 존 폰 노이만(John von Neumann), 를루엘린 토마스(Llewellyn Thomas)를 포함한 여러 저명한 물리학자들이 메이저(maser)가 하이젠베르크의 불확정성 원리를 위반하므로 작동할 수 없다고 주장했다고 보고했습니다. 이시도르 라비(Isidor Rabi)와 폴리카프 쿠쉬(Polykarp Kusch)와 같은 다른 이들은 그것이 비실용적이며 노력할 가치가 없다고 예상했습니다. 1964년, 찰스 H. 타운스, 니콜라이 바소프, 알렉산드르 프로호로프는 "메이저-레이저 원리에 기반한 발진기 및 증폭기 구축으로 이어진 양자 전자 분야의 근본적인 연구"를 인정받아 노벨 물리학상을 공동 수상했습니다.
1970년, 소련의 조레스 알페로프와 벨 전화 연구소의 이즈오 하야시 및 모튼 패니시는 이종접합 구조를 사용하여 상온에서 연속 작동하는 다이오드 레이저를 독자적으로 개발했습니다.
레이저 역사의 초기부터 레이저 연구는 다음과 같은 다양한 성능 목표에 최적화된 개선되고 전문화된 레이저 유형을 생산해 왔습니다: - 새로운 파장 대역 - 최대 평균 출력 - 최대 피크 펄스 에너지 - 최대 피크 펄스 출력 - 최소 출력 펄스 지속 시간 - 최소 선폭 - 최대 전력 효율 - 최소 비용 그리고 이러한 연구는 오늘날까지 계속되고 있습니다.
2015년, 연구원들은 아연, 카드뮴, 황, 셀레늄으로 만든 합성 나노시트에 의해 빛이 변조되는 백색 레이저를 만들었습니다. 이 레이저는 191nm에 걸친 각 파장으로 빨간색, 녹색, 파란색 빛을 다양한 비율로 방출할 수 있습니다.
2017년, TU 델프트의 연구원들은 AC 조셉슨 접합 마이크로파 레이저를 시연했습니다. 이 레이저는 초전도 영역에서 작동하기 때문에 다른 반도체 기반 레이저보다 더 안정적입니다. 이 장치는 양자 컴퓨팅 분야에 응용될 잠재력을 가지고 있습니다.
2017년, TU 뮌헨의 연구원들은 최대 200GHz의 반복 주파수로 위상 고정된 피코초 레이저 펄스 쌍을 방출할 수 있는 가장 작은 모드 잠금 레이저를 시연했습니다.
2017년, 독일 연방물리기술원(PTB)의 연구원들은 미국 국립표준기술연구소(NIST)와 콜로라도 대학교 볼더의 공동 연구소인 JILA의 미국 연구원들과 함께 선폭이 10밀리헤르츠에 불과한 어븀 도핑 광섬유 레이저를 개발하여 새로운 세계 기록을 세웠습니다.
