1960 к Текущее время
Germany, U.S. and U.S.S.R.
Лазер — это устройство, которое испускает свет посредством процесса оптического усиления, основанного на вынужденном излучении электромагнитных волн. Термин «лазер» возник как акроним от «light amplification by stimulated emission of radiation» (усиление света посредством вынужденного излучения). Первый лазер был создан в 1960 году Теодором Х. Мейманом в исследовательских лабораториях Hughes Research Laboratories на основе теоретических работ Чарльза Харда Таунса и Артура Леонарда Шавлова.
В 1917 году Альберт Эйнштейн заложил теоретические основы лазера и мазера в статье «Zur Quantentheorie der Strahlung» («К квантовой теории излучения»), перевыведя закон излучения Макса Планка, концептуально основываясь на коэффициентах вероятности (коэффициентах Эйнштейна) для поглощения, спонтанного излучения и вынужденного излучения электромагнитных волн.
В 1928 году Рудольф В. Ладенбург подтвердил существование явлений вынужденного излучения и отрицательного поглощения.
В 1939 году Валентин А. Фабрикант предсказал использование вынужденного излучения для усиления «коротких» волн.
В 1947 году Уиллис Ю. Лэмб и Р. К. Резерфорд обнаружили явное вынужденное излучение в спектрах водорода и осуществили первую демонстрацию вынужденного излучения.
В 1950 году Альфред Кастлер (лауреат Нобелевской премии по физике 1966 года) предложил метод оптической накачки, экспериментально подтвержденный два года спустя Бросселем, Кастлером и Винтером.
В 1951 году Джозеф Вебер представил статью об использовании вынужденного излучения для создания микроволнового усилителя на конференцию Института инженеров по электротехнике и электронике (IRE) по исследованиям вакуумных ламп, проходившую в июне 1952 года в Оттаве, Онтарио, Канада. После этой презентации RCA попросила Вебера провести семинар по этой идее, а Чарльз Хард Таунс попросил у него копию статьи.
В 1953 году Чарльз Хард Таунс и аспиранты Джеймс П. Гордон и Герберт Дж. Цайгер создали первый микроволновый усилитель — устройство, работающее по принципам, схожим с лазерными, но усиливающее микроволновое излучение, а не инфракрасное или видимое. Мазер Таунса был неспособен к непрерывному излучению.
Тем временем в Советском Союзе Николай Басов и Александр Прохоров независимо работали над квантовым осциллятором и решили проблему систем с непрерывным излучением, используя более двух энергетических уровней. Эти активные среды могли испускать вынужденное излучение при переходе между возбужденным состоянием и более низким возбужденным состоянием, а не основным, что облегчало поддержание инверсной населенности. В 1955 году Прохоров и Басов предложили оптическую накачку многоуровневой системы как метод получения инверсной населенности, что позже стало основным методом лазерной накачки.
В 1957 году Чарльз Хард Таунс и Артур Леонард Шавлов, работавшие тогда в Bell Labs, начали серьезное изучение инфракрасного лазера. По мере развития идей они отказались от инфракрасного излучения, чтобы сосредоточиться на видимом свете. Изначально концепция называлась «оптический мазер».
Одновременно в Колумбийском университете аспирант Гордон Гулд работал над докторской диссертацией об энергетических уровнях возбужденного таллия. Когда Гулд и Таунс встретились, они говорили об излучении как о предмете в целом; впоследствии, в ноябре 1957 года, Гулд записал свои идеи о «лазере», включая использование открытого резонатора (позже ставшего важным компонентом лазерного устройства).
В 1958 году Bell Labs подала патентную заявку на предложенный ими оптический мазер; а Шавлов и Таунс представили рукопись своих теоретических расчетов в журнал Physical Review, которая была опубликована в том же году в томе 112, выпуске № 6.
В 1958 году Прохоров независимо предложил использовать открытый резонатор, что стало первым опубликованным появлением (в СССР) этой идеи. В других местах, в США, Шавлов и Таунс пришли к соглашению о конструкции лазера с открытым резонатором — по-видимому, не зная о публикациях Прохорова и неопубликованной работе Гулда по лазерам.
На конференции в 1959 году Гордон Гулд опубликовал термин ЛАЗЕР в статье «The LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation» (Лазер, усиление света посредством вынужденного излучения).
Заметки Гулда включали возможные применения лазера, такие как спектрометрия, интерферометрия, радары и ядерный синтез. Он продолжил развивать эту идею и подал патентную заявку в апреле 1959 года.
Патентное ведомство США отклонило заявку Гулда и выдало патент Bell Labs в 1960 году.
16 мая 1960 года Теодор Х. Майман запустил первый работающий лазер в Hughes Research Laboratories в Малибу, Калифорния, опередив несколько исследовательских групп, включая группы Таунса в Колумбийском университете, Артура Шавлова в Bell Labs и Гулда в компании TRG (Technical Research Group). В функциональном лазере Маймана использовался синтетический рубиновый кристалл с ламповой накачкой для получения красного лазерного излучения с длиной волны 694 нанометра. Устройство было способно работать только в импульсном режиме из-за своей трехуровневой схемы накачки.
Позднее в том же году иранский физик Али Джаван, а также Уильям Р. Беннетт и Дональд Эрриот создали первый газовый лазер на гелии и неоне, способный работать в непрерывном режиме в инфракрасном диапазоне (патент США № 3,149,290). Позже, в 1993 году, Джаван получил премию Альберта Эйнштейна. Басов и Джаван предложили концепцию полупроводникового лазерного диода.
В 1962 году Роберт Н. Холл продемонстрировал первое лазерное диодное устройство, изготовленное из арсенида галлия, которое излучало в ближнем инфракрасном диапазоне спектра на длине волны 850 нм. Позднее в том же году Ник Холоньяк-младший продемонстрировал первый полупроводниковый лазер с видимым излучением. Этот первый полупроводниковый лазер мог использоваться только в импульсном режиме и при охлаждении до температуры жидкого азота (77 К).
Таунс сообщает, что несколько выдающихся физиков — среди них Нильс Бор, Джон фон Нейман и Ллевеллин Томас — утверждали, что мазер нарушает принцип неопределенности Гейзенберга и поэтому не может работать. Другие, такие как Исидор Раби и Поликарп Куш, ожидали, что это будет непрактично и не стоит затраченных усилий. В 1964 году Чарльз Х. Таунс, Николай Басов и Александр Прохоров разделили Нобелевскую премию по физике «за фундаментальную работу в области квантовой электроники, которая привела к созданию осцилляторов и усилителей на основе принципа мазера-лазера».
В 1970 году Жорес Алферов в СССР, а также Изуо Хаяши и Мортон Пэниш из Bell Telephone Laboratories независимо разработали диодные лазеры непрерывного действия комнатной температуры, используя гетероструктуру.
С раннего периода истории лазеров исследования привели к созданию множества усовершенствованных и специализированных типов лазеров, оптимизированных для различных целей производительности, включая: - новые диапазоны длин волн - максимальную среднюю выходную мощность - максимальную пиковую энергию импульса - максимальную пиковую мощность импульса - минимальную длительность выходного импульса - минимальную ширину линии - максимальную энергетическую эффективность - минимальную стоимость И эти исследования продолжаются по сей день.
В 2015 году исследователи создали белый лазер, свет которого модулируется синтетическим нанолистом из цинка, кадмия, серы и селена, способным излучать красный, зеленый и синий свет в различных пропорциях, при этом каждая длина волны охватывает 191 нм.
В 2017 году исследователи из Делфтского технического университета (TU Delft) продемонстрировали микроволновый лазер на джозефсоновском переходе переменного тока. Поскольку лазер работает в сверхпроводящем режиме, он более стабилен, чем другие полупроводниковые лазеры. Устройство имеет потенциал для применения в квантовых вычислениях.
В 2017 году исследователи из Мюнхенского технического университета (TU Munich) продемонстрировали самый маленький лазер с синхронизацией мод, способный излучать пары фазово-синхронизированных пикосекундных лазерных импульсов с частотой повторения до 200 ГГц.
В 2017 году исследователи из Физико-технического федерального ведомства (PTB) совместно с американскими исследователями из JILA, совместного института Национального института стандартов и технологий (NIST) и Колорадского университета в Боулдере, установили новый мировой рекорд, разработав волоконный лазер с эрбиевым легированием и шириной линии всего 10 миллигерц.
