爱因斯坦在论文《关于辐射的量子理论》(Zur Quantentheorie der Strahlung)中为激光和微波激射器奠定了理论基础
1917年,阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)通过重新推导马克斯·普朗克(Max Planck)的辐射定律,在论文《关于辐射的量子理论》(Zur Quantentheorie der Strahlung)中为激光和微波激射器奠定了理论基础,该理论在概念上基于电磁辐射吸收、自发辐射和受激辐射的概率系数(爱因斯坦系数)。

1960 至 至今
Germany, U.S. and U.S.S.R.
激光是一种通过基于电磁辐射受激发射的光学放大过程来发射光的装置。“激光”(laser)一词最初是“受激辐射光放大”(light amplification by stimulated emission of radiation)的首字母缩写。第一台激光器由西奥多·梅曼(Theodore H. Maiman)于1960年在休斯研究实验室(Hughes Research Laboratories)建造,其理论基础源于查尔斯·哈德·汤斯(Charles Hard Townes)和阿瑟·伦纳德·肖洛(Arthur Leonard Schawlow)的研究工作。
1917年,阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)通过重新推导马克斯·普朗克(Max Planck)的辐射定律,在论文《关于辐射的量子理论》(Zur Quantentheorie der Strahlung)中为激光和微波激射器奠定了理论基础,该理论在概念上基于电磁辐射吸收、自发辐射和受激辐射的概率系数(爱因斯坦系数)。
1928年,鲁道夫·W·拉登堡(Rudolf W. Ladenburg)证实了受激辐射和负吸收现象的存在。
1939年,瓦伦丁·A·法布里坎特(Valentin A. Fabrikant)预言了利用受激辐射放大“短”波的方法。
1947年,威利斯·E·兰姆(Willis E. Lamb)和R.C.雷瑟福德(R.C. Retherford)在氢光谱中发现了明显的受激辐射,并首次实现了受激辐射的演示。
1950年,阿尔弗雷德·卡斯特勒(Alfred Kastler,1966年诺贝尔物理学奖得主)提出了光泵浦方法,该方法在两年后由布罗塞尔(Brossel)、卡斯特勒(Kastler)和温特(Winter)通过实验证实。
1951年,约瑟夫·韦伯(Joseph Weber)向1952年6月在加拿大安大略省渥太华举行的无线电工程师协会真空管研究会议提交了一篇关于利用受激辐射制造微波放大器的论文。 在此次演讲之后,美国无线电公司(RCA)邀请韦伯就这一想法举办研讨会,查尔斯·哈德·汤斯(Charles Hard Townes)也向他索要了该论文的副本。
1953年,查尔斯·哈德·汤斯(Charles Hard Townes)与研究生詹姆斯·P·戈登(James P. Gordon)和赫伯特·J·蔡格(Herbert J. Zeiger)制造了第一台微波放大器,这是一种工作原理与激光相似的装置,但它放大的是微波辐射而非红外或可见光辐射。汤斯的微波激射器无法实现连续输出。
与此同时,在苏联,尼古拉·巴索夫(Nikolay Basov)和亚历山大·普罗霍罗夫(Aleksandr Prokhorov)正在独立研究量子振荡器,并通过使用两个以上的能级解决了连续输出系统的问题。这些增益介质可以在激发态和较低的激发态(而非基态)之间释放受激辐射,从而有助于维持粒子数反转。 1955年,普罗霍罗夫和巴索夫建议将多能级系统的光泵浦作为获得粒子数反转的方法,这后来成为激光泵浦的主要方法。
1957年,当时在贝尔实验室工作的查尔斯·哈德·汤斯(Charles Hard Townes)和阿瑟·伦纳德·肖洛(Arthur Leonard Schawlow)开始对红外激光进行深入研究。随着想法的发展,他们放弃了红外辐射,转而专注于可见光。这一概念最初被称为“光学微波激射器”(optical maser)。
与此同时,在哥伦比亚大学,研究生戈登·古尔德(Gordon Gould)正在撰写关于激发态铊能级的博士论文。当古尔德和汤斯会面时,他们谈到了辐射发射这一通用课题;此后,在1957年11月,古尔德记录了他关于“激光”的想法,包括使用开放式谐振腔(后来成为激光装置的重要组成部分)。
1958年,贝尔实验室为其提出的光学微波激射器提交了专利申请;肖洛和汤斯向《物理评论》(Physical Review)提交了他们的理论计算手稿,并于同年发表在第112卷第6期上。
1958年,普罗霍罗夫独立提出了使用开放式谐振腔的想法,这是该想法在苏联的首次公开发表。在其他地方,即美国,肖洛和汤斯也达成了一致,采用了开放式谐振腔激光设计——显然他们当时并不知道普罗霍罗夫的出版物和古尔德未发表的激光研究工作。
在1959年的一次会议上,戈登·古尔德(Gordon Gould)在论文《激光,受激辐射光放大》(The LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)中发表了“LASER”一词。
古尔德的笔记中包含了激光的潜在应用,如光谱学、干涉测量法、雷达和核聚变。他继续发展这一想法,并于1959年4月提交了专利申请。
1960年,美国专利局拒绝了古尔德的申请,并将专利授予了贝尔实验室。
1960年5月16日,西奥多·梅曼(Theodore H. Maiman)在加利福尼亚州马里布的休斯研究实验室(Hughes Research Laboratories)操作了第一台功能性激光器,领先于包括哥伦比亚大学的汤斯(Townes)、贝尔实验室的阿瑟·肖洛(Arthur Schawlow)以及TRG(技术研究集团)公司的古尔德(Gould)在内的多个研究团队。梅曼的功能性激光器使用闪光灯泵浦的合成红宝石晶体,产生波长为694纳米的红色激光。由于其三能级泵浦设计方案,该设备仅能进行脉冲式操作。
同年晚些时候,伊朗物理学家阿里·贾万、威廉·R·贝内特和唐纳德·赫里奥特利用氦和氖制造了第一台气体激光器,该激光器能够在红外波段进行连续操作(美国专利 3,149,290)。 后来,贾万于1993年获得了阿尔伯特·爱因斯坦奖。巴索夫(Basov)和贾万提出了半导体激光二极管的概念。
1962年,罗伯特·N·霍尔演示了第一台激光二极管设备,该设备由砷化镓制成,在光谱的近红外波段(850纳米)发射。同年晚些时候,小尼克·何伦亚克(Nick Holonyak, Jr.)演示了第一台可见光半导体激光器。 这台最初的半导体激光器只能在脉冲束模式下使用,并且需要冷却到液氮温度(77 K)才能工作。
汤斯报告称,几位杰出的物理学家——包括尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)、约翰·冯·诺依曼(John von Neumann)和勒韦林·托马斯(Llewellyn Thomas)——认为微波激射器(maser)违反了海森堡的不确定性原理,因此无法工作。其他人,如伊西多·拉比(Isidor Rabi)和波利卡普·库什(Polykarp Kusch),则认为它不切实际,不值得投入精力。 1964年,查尔斯·H·汤斯、尼古拉·巴索夫和亚历山大·普罗霍罗夫共同获得了诺贝尔物理学奖,“以表彰他们在量子电子学领域的基础性工作,这些工作导致了基于微波激射器-激光器原理的振荡器和放大器的制造”。
1970年,苏联的若尔斯·阿尔费罗夫,以及贝尔电话实验室的林久雄和莫顿·帕尼什也独立开发了使用异质结结构的室温连续运行二极管激光器。
自激光历史的早期以来,激光研究已经产生了各种改进和专门的激光类型,针对不同的性能目标进行了优化,包括: - 新的波长波段 - 最大平均输出功率 - 最大峰值脉冲能量 - 最大峰值脉冲功率 - 最小输出脉冲持续时间 - 最小线宽 - 最大功率效率 - 最低成本 这些研究一直持续到今天。
2015年,研究人员制造出一种白光激光器,其光线由一种由锌、镉、硫和硒制成的合成纳米片调制,该纳米片可以以不同的比例发射红、绿、蓝光,每个波长跨度为191纳米。
2017年,代尔夫特理工大学的研究人员演示了交流约瑟夫森结微波激光器。由于该激光器在超导状态下运行,它比其他基于半导体的激光器更稳定。该设备在量子计算领域具有应用潜力。
2017年,慕尼黑工业大学的研究人员演示了能够发射重复频率高达200 GHz的相位锁定皮秒激光脉冲对的最小锁模激光器。
2017年,来自德国联邦物理技术研究院(PTB)的研究人员,与来自美国JILA(美国国家标准与技术研究院(NIST)和科罗拉多大学博尔德分校的联合研究所)的研究人员合作,通过开发出线宽仅为10毫赫兹的掺铒光纤激光器,创下了新的世界纪录。