Izmišljen prije više od 60 godina, poluvodički laseri su temelj mnogih današnjih tehnologija, uključujući skenere za barkod, vlaknaste komunikacije, medicinsko snimanje i daljinsko upravljanje.
Mogućnosti laserske tehnologije zaklanjane su naučne zajednice 1960. godine kada je prvi put pokazao dugoorijski laser. Tri američka istraživačka centara započela su utrku za razvoj prve poluvodičke verzije tehnologije, a da ga ne znate. Tri kompanije-General Electric, IBM-ov istraživački centar Thomas J. Watson i MIT-ov Lincoln laboratorija - svaki su prijavili prvu demonstraciju poluvodičkog lasera u roku od nekoliko dana međusobno 1962. godine.
Laser poluvodiča određen je IEEE prekretnica u tri ceremonije, sa prigodnim plaketom instaliranim za svaki uređaj.
Izum lasera izazvao je trosmjerni trku
Osnovni koncept lasera datira iz 1917. godine, kada je Albert Einstein predložio teoriju "poticajnog emisije". Naučnici su već znali da se elektroni mogu spontano apsorbirati i emitirati svjetlost, ali Einstein je mislio da bi mogle biti manipulirani da emitiraju po specifičnim talasnim duljinama. Bilo je potrebno desetljećima inženjera da pretvore svoju teoriju u stvarnost.
Krajem 40-ih, fizičari su radili na poboljšanju dizajna vakuumskih cijevi koje američka vojska koristi u Drugom svjetskom ratu kako bi otkrili neprijateljske zrakoplove pojačavanjem signala. Jedan od njih bio je Charles Towns, istraživač u Bell Labs u Murray Hillu, New Jersey. Predložio je izgradnju snažnije pojačalo prolazeći snop elektromagnetskih valova kroz šupljinu koja sadrži molekule plina. Val bi podstakao atome u plinu da oslobode energiju u potpuno istoj brzini kao i val, stvarajući energiju koja bi ga stvorila da napusti šupljinu kao snažniji snop.
1954. godine u gradovima, tada profesor fizike na Columbia univerzitetu izmislio je uređaj koji je nazvao "maser" (kratak za pojačavanje poticajnog emisije zračenja). Pokazalo se da je važan prekursor laseru.
Mnogi teoretičari rekli su gradskim da njegov uređaj nikada ne bi radili, prema članku koji je objavio američko fizičko društvo. Jednom kada se radi, drugi istraživači su to brzo kopirali i počeli izmišljajući varijacije, rekao je članak.
Gradovi i drugi inženjeri smatrali su da mogu stvoriti optičku verziju maser-a koji bi mogao proizvesti snop svjetlosti pomoću visokofrekventne energije. Takav uređaj može proizvesti snop snažnije od mikrovalnih pećnica, ali to bi također proizvelo svjetlost na raznim talasnim dužinama, od infracrvene do vidljive svjetlosti. 1958. godine u gradovima je objavio teorijski pregled "lasera".
"Nevjerovatno je da su ove tri organizacije na sjeveroistoku Sjedinjenih Država pre 62 godine pružale sve ove mogućnosti sada i u budućnosti."
Nekoliko timova radilo je zajedno na izgradnji uređaja, a u maju 1960. godine Theodore Maiman, istraživač u istraživačkoj laboratoriji Hughes u Malibuu, u Kaliforniji, izgradio je prvi radni laser. Tri mjeseca kasnije, Maiman je u časopisu objavio papir u časopisu o kojoj je opisao izum, visoko napalna lampica koja je blistala svjetlost na rubin štap postavljena između dvije srebrne površine. Svetlost proizvedena osciliranom rubin fluorescencijom u optičkoj šupljini formiranom po površini ostvaruje Einsteinovo poticajno emisiju.
Osnovni laseri su sada bili stvarnost. Inženjeri su brzo počeli dizajnirati različite modele.
Mnogi su vjerovatno bili najzgodniji zbog potencijala poluvodičkih lasera. Poluvodički materijali mogu se manipulirati za provođenje električne energije pod pravim uvjetima. U suštini, laseri napravljeni od poluvodičkih materijala mogu uklopiti sve komponente potrebne za laserskim izvorima i pojačalama, leće i ogledalima u uređaje veličine mikrometra.
"Ova poželjna svojstva uhvatila su maštu naučnika i inženjera preko disciplina," Prema Wikipediji, istoriji inženjerstva i tehnologije.
1962. godine, par istraživača otkrio je da je postojeći materijal odličan laserski poluvodič: Gallium arsenid.
Galium Arsenide idealan je materijal za poluvodičke lasere
9. jula 1962. godine, mit Lincoln laboratorijski istraživači Robert Keyes i Theodore Quist najavili su se pred publikom na konferenciji za istraživanje uređaja sa sobnom državnom uređajem da su razvijali eksperimentalni poluvodički laser, rekao je IEEE kolega Paul W. Juodawlkis tokom govora na IEEE prekretnici Otkrivanje ceremonije na MIT-u. Juodawlkis je bio direktor kvantne informacije i integrirane grupe nanosistema na lokalnoj laboratoriji MIT Lincoln.
Laseri u to vrijeme još nisu bili u stanju emitirati koherentnu gredu, ali posao je brzo napredovao, rekao je Juodawlkis. Juodawlkis i Quist tada je zapanjuo publiku: mogli su pokazati, rekli su da se gotovo 100 posto električne energije ubrizgava u gallium arsenide poluvodič mogao biti pretvoren u svjetlost.
Niko nikada ranije nije dao takvu tvrdnju. Publika je bila u nevjerici, a njihova nevjerica je podijeljena.
"Na kraju Juodawlkisovog razgovora, član publike ustao je i rekao:" Pa, ovo krši drugi zakon termodinamike ", rekao je Juodawlkis.
Publika je izbila u smijehu. Ali fizičar Robert N. Hall, ekspert poluvodiča na općim električnim istraživačkim laboratorijama u Schenectadyju, New York, ušutkali su ih.
"Bob Hall izašao je i objasnio zašto nije prekršio drugi zakon", rekao je Juodawlkis. "To je bila senzacija."
Višestruki timovi utrkivali su se za razvoj radnog poluvodičkog lasera, a pobjednik je došao u roku od nekoliko dana.
Poluvodički laseri izrađeni su od sitnih poluvodičkih kristala suspendiran u staklenom spremniku napunjenom tečnim azotom, što pomaže da se uređaj drži u hladu.
Hall se vratio u GE i, inspirisanu prezentacijama Juodawlkisa i quista, postali su uvjereni da bi mogao voditi tim za stvaranje efikasnog, efikasnog lasera galijum-arsenida. Već je proveo godine radeći sa poluvodičima, izmišljajući takozvani "PIN" Diode ispravljač.
Ispravljač, koji su koristili kristale izrađene od čistog germanijuma, poluvodičkog materijala, mogao bi pretvoriti naizmjeničnu struju u direktno-tipku - ključni razvoj u polukrugu čvrstih stanja za mjenjač snage.
Ovo iskustvo ubrzalo je razvoj poluvodičkih lasera. Hall i njegov tim koristili su uređaj sličan ispravljaču "PIN". Izgradili su diodni laser koji je proizvela koherentnu svjetlost od kristala galija arsenida jedna trećina milimetra u veličini, sendvič u šupljini između dva ogledala tako da se svjetlost nekoliko puta odskočila. Vijest o izumu objavljene su u pitanju fizičkih pregleda u novembru 1962. godine.
Kao dvorana i njegov tim su radili, tako su istraživali u istraživačkom centru Watson u Yorktown Heightsu, New York. Prema ETHW-u, u februaru 1962., Marshall I. Nathan, IBM istraživač koji je prethodno radio na galijum-arsenidu, dobio je zadatak iz glave od svog odjela: za izgradnju prvog lasera.
Nathan je vodio tim istraživača koji su uključivali William P. Dumkea, Gerald Burns, Frederick H. Diehl i Gordon Rascher u razvoju lasera. Zadatak su završili u oktobru i predali su papir koji je iznio svoj rad na primijenjenu fiziku pisma koja su ga objavila 4. oktobra 1962. godine.
Na Mit-ovoj Lincolnu laboratoriju, Quist, Juodawlkis i njihov kolega Robert Reddick izvijestili su o rezultatima 5. novembra 1962. godine, izdaju primijenjene fizike pisma.
Sve se dogodilo tako brzo da se članak New York Time prešao na "zapanjujuće slučajnost", napominjući da IBM zvaničnici nisu znali za Geolov uspjeh dok je GE poslao poziv na konferenciju za novinare.
Sve tri organizacije su sada počašćeni od strane IEEE-a za svoj rad. "Možda su se poluvodički laseri imali svoj najveći uticaj na polju komunikacija", napisao je članak ETHW-a. "Svaki drugi, poluvodički laseri tiho kodiraju zbroj ljudskog znanja u svjetlost, omogućavajući ga da se podijeli gotovo odmah preko okeana i prostora."
Glasnogovornik mit rekao je vremenima da je GE postigao svoj uspjeh "nekoliko dana ili tjedan" prije vlastitog tima. I IBM i GE prijavili su se za američke patente u oktobru, a oba su na kraju odobrena.
Na laboratorijskoj ceremoniji Lincoln, Gioudarkis je istakao da svaki put kada "telefonirate" ili "Google blesave mačke video", koristite poluvodički laser.
"Ako pogledamo širi svijet", rekao je, "poluvodički laser zaista je jedan od temelja informatičke dobi."
Završio je svoj govor sa citatom iz članaka časopisa 1963. godine: "Ako je svijet morao birati između hiljada različitih televizijskih programa, samo nekoliko dioda sa malim infracrvenim gredama moglo bi se istovremeno moglo odabrati sve istovremeno."
Bilo je to "pretpostavka poluvodičkih lasera", rekao je Gioudnicis. "Nevjerovatno je što su ove tri organizacije na sjeveroistoku učinili pre 62 godine da nam daju sve ove mogućnosti sada i u budućnosti."
General Electric, Watson Research Center i Lincoln Laboratorija sada prikazuju plakete počast tehnologiji. Čitaju:
U jesen 1962. godine, prve demonstracije poluvodičkih lasera izveštavalo je šenektady i biljkama Sirakuzara, IBM-a Thomas J. Watson Research Center i Mit-ova Lincolna laboratorija, respektivno. Manji od zrna riže, pokreće se direktnim ubrizgavanjem struje, a sa talasnim dužinama u rasponu od ultraljubičastog do infracrvenog, poluvodičkih lasera su sveprisutni u modernim komunikacijama, pohranjivanju podataka i preciznim mjernim sustavima.
