Puslaidininkinis lazeris, išrastas daugiau nei prieš 60 metų, yra daugelio šiuolaikinių technologijų, įskaitant brūkšninių kodų skaitytuvus, šviesolaidinius ryšius, medicininį vaizdavimą ir nuotolinio valdymo pultus, pagrindas. Mažytis, universalus prietaisas dabar yra IEEE etapas.
Lazerinių technologijų galimybės mokslo pasaulį sušvietė 1960 m., kai pirmą kartą buvo pademonstruotas seniai teoriškai aprašytas lazeris. Trys JAV tyrimų centrai nesąmoningai pradėjo lenktyniauti tarpusavyje kurdami pirmąją puslaidininkinę technologijos versiją. Trys-„General Electric“.IBM Thomas J. Watson tyrimų centrasir MIT Linkolno laboratorija— nepriklausomai pranešė apie pirmuosius puslaidininkinio lazerio demonstravimus, viskas įvyko per kelias dienas 1962 m.
Puslaidininkinis lazeris buvo skirtas IEEE etapui per tris ceremonijas, kiekviename įrenginyje buvo pritvirtinta plokštelė, žyminti pasiekimą. Linkolno laboratorijos renginys yra galima žiūrėti pagal poreikį.
Lazerio išradimas skatina trijų krypčių lenktynes
Pagrindinė koncepcija lazeris datuojamas 1917 m., kai Albertas Einšteinas teorija apie „stimuliuojamą emisiją“. Mokslininkai jau žinojo, kad elektronai gali spontaniškai sugerti ir spinduliuoti šviesą, tačiau Einšteinas tai iškėlė elektronais galima manipuliuoti skleisti tam tikru bangos ilgiu. Prireikė dešimtmečių, kol inžinieriai jo teoriją pavertė realybe.
1940-ųjų pabaigoje fizikai stengėsi patobulinti vakuuminio vamzdžio, kurį Antrojo pasaulinio karo metais JAV kariuomenė naudojo, kad aptiktų priešo lėktuvus sustiprinant jų signalus, dizainą. Charlesas Townesastyrėjas „Bell Labs“. Murray Hill mieste, NJ, buvo vienas iš jų. Jis pasiūlė sukurti galingesnį stiprintuvą, praleidžiantį elektromagnetinių bangų spindulį per ertmę, kurioje yra dujų molekulių. Spindulys paskatintų dujose esančius atomus išleisti savo energiją tiksliai kartu su pluošto bangomis, sukurdamas energiją, leidžiančią jam išeiti iš ertmės kaip daug galingesniam pluoštui.
1954 m. Townesas, tuometinis fizikos profesorius Kolumbija, sukūrė įrenginįkurį jis pavadino „maseriu“ (trumpinys mikrobangų stiprinimas stimuliuojant spinduliuotę). Tai būtų svarbus lazerio pirmtakas.
Daugelis teoretikų sakė Townesui, kad jo prietaisas niekaip negali veikti, anot an straipsnis paskelbė Amerikos fizikos draugija. Straipsnyje rašoma, kad kai jis suveikė, kiti tyrėjai greitai jį pakartojo ir pradėjo kurti variantus.
Townesas ir kiti inžinieriai suprato, kad panaudodami aukštesnio dažnio energiją jie galėtų sukurti optinę maserio versiją, kuri generuotų šviesos pluoštus. Toks prietaisas potencialiai galėtų generuoti galingesnius spindulius, nei buvo įmanoma naudojant mikrobangų krosneles, tačiau jis taip pat galėtų sukurti įvairaus bangos ilgio spindulius, nuo infraraudonųjų iki matomų. 1958 m. Townes paskelbė teorinę apybraižą iš „lazerio“.
„Nuostabu, ką šios… trys organizacijos JAV šiaurės rytuose padarė prieš 62 metus, kad suteiktų mums visas šias galimybes dabar ir ateityje.
Kurdamos tokį įrenginį dirbo kelios komandos, o 1960 m. gegužės mėn Teodoras Maimanastyrėjas Hugheso tyrimų laboratorijaMalibu, Kalifornijoje, pastatė pirmasis veikiantis lazeris. Maimano straipsnis, išleistas m Gamta Po trijų mėnesių išradimą aprašė kaip didelės galios lempą, kuri šviečia ant rubino strypo, esančio tarp dviejų veidrodžio pavidalo sidabru dengtų paviršių. Paviršių sukurta optinė ertmė svyravo rubino fluorescencijos skleidžiamą šviesą, pasiekdama Einšteino stimuliuojamą emisiją.
Pagrindinis lazeris dabar tapo realybe. Inžinieriai greitai pradėjo kurti variantus.
Daugelį galbūt labiausiai sujaudino puslaidininkinio lazerio potencialas. Puslaidininkinė medžiaga gali būti manipuliuojama taip, kad tinkamomis sąlygomis praleistų elektrą. Iš puslaidininkinės medžiagos pagamintas lazeris pagal savo prigimtį gali supakuoti visus reikiamus lazerio elementus – šviesos generavimo ir stiprinimo šaltinį, lęšius ir veidrodžius – į mikrometro mastelio įrenginį.
„Šios pageidaujamos savybės pritraukė mokslininkų ir inžinierių vaizduotę“ įvairiose disciplinose, teigia Inžinerijos ir technologijų istorijos Wiki.
Pora tyrėjų 1962 m. atrado, kad esama medžiaga yra puikus lazerinis puslaidininkis: galio arsenidas.
Galio arsenidas buvo idealus puslaidininkiniam lazeriui
Įjungta 1962 m. liepos 9 d. MIT Linkolno laboratorija tyrinėtojai Robertas Keyesas ir Teodoras Kvistas pasakojo susirinkusiems Kietojo kūno įrenginių tyrimų konferencija kad jie kūrė eksperimentinį puslaidininkinį lazerį „IEEE Fellow“. Paul W. Juodawlkis sakė per savo kalbą IEEE Milestone pašventinimo ceremonijoje MIT. Juodawlkis yra MIT Linkolno laboratorijos direktorius kvantinės informacijos ir integruotų nanosistemų grupė.
Lazeris dar neskleidė nuoseklaus pluošto, tačiau darbas vyko greitai, sakė Keyesas. Ir tada Keyesas ir Quistas šokiravo auditoriją: jie teigė galintys įrodyti, kad beveik 100 procentų elektros energijos, įšvirkštos į galio arsenido puslaidininkį, gali būti paversta šviesa.
MIT Linkolno laboratorijoje (iš kairės) Robertas Keyesas, Theodore’as M. Quistas ir Robertas Redikeris televizoriuje bando savo lazerį.MIT Linkolno laboratorija
Niekas anksčiau tokio reikalavimo nebuvo pareiškęs. Publika buvo netikėta – ir balsu.
„Kai Bobas (Keyesas) baigė kalbėti, vienas iš auditorijos narių atsistojo ir pasakė: „Tai pažeidžia antrąjį termodinamikos dėsnį”, – sakė Juodawlkis.
Publika prapliupo juoku. Bet fizikas Robertas N. HallasPuslaidininkių ekspertas, dirbantis GE tyrimų laboratorijoje Schenectady mieste, NY, juos nutildė.
„Bob Hall atsistojo ir paaiškino, kodėl nepažeidžia antrojo įstatymo“, – sakė Juodawlkis. „Tai sukėlė tikrą šurmulį“.
Kelios komandos lenktyniavo, kad sukurtų veikiantį puslaidininkinį lazerį. Pergalės skirtumas galiausiai sumažėjo iki kelių dienų.
„Stulbinantis sutapimas“
Puslaidininkinis lazeris pagamintas iš mažyčio puslaidininkio kristalo, kuris yra pakabintas stikliniame inde, pripildytame skysto azoto, kuris padeda išlaikyti prietaisą vėsų. General Electric tyrimų ir plėtros centras / AIP Emilio Segrè vizualinis archyvas
Hallas grįžo į GE, įkvėptas Keyeso ir Quisto kalbos, įsitikinęs, kad jis gali vadovauti komandai sukurti efektyvų ir efektyvų galio arsenido lazerį.
Jis jau daugelį metų dirbo su puslaidininkiai ir išrado tai, kas žinoma kaip a „pin” diodinis lygintuvas. Naudodamas kristalą, pagamintą iš išgryninto pelargonijos, puslaidininkinės medžiagos, lygintuvas gali konvertuoti kintamąją srovę į nuolatinę srovę – tai labai svarbu kietojo kūno puslaidininkiams, naudojamiems elektros perdavimui.
Ši patirtis padėjo paspartinti puslaidininkių kūrimą lazeriai. Hallas ir jo komanda naudojo panašią „smeigtuko“ lygintuvo sąranką. Jie sukūrė diodinį lazerį, kuris generavo nuoseklią šviesą iš vieno trečdalio milimetro dydžio galio arsenido kristalo, įterpto į ertmę tarp dviejų veidrodžių, todėl šviesa nuolat šoktelėjo pirmyn ir atgal. Žinia apie išradimą pasirodė 1962 m. lapkričio 1 d. Fizinės apžvalgos laiškai.
Kol Hall ir jo komanda dirbo, taip pat dirbo Watson tyrimų centro, Yorktown Heights, NY, tyrėjai 1962 m. vasario mėn. Maršalas I. Natanasan IBM mokslininkas, anksčiau dirbęs su galio arsenidu, gavo a mandatas iš jo skyriaus direktoriaus, pagal ETHW: Sukurkite pirmąjį galio arsenido lazerį.
Natanas vadovavo tyrėjų grupei, įskaitant Williamą P. Dumke’ą, Geraldas Burnsas, Frederikas H. Krapasir Gordonas Lasheris, kad sukurtų lazerį. Spalio mėnesį jie atliko užduotį ir įteikė dokumentą, kuriame išdėstė savo darbą Taikomosios fizikos raidės, kuri jį paskelbė 1962 metų spalio 4 dieną.
MIT Linkolno laboratorijoje Quist, Keyes ir jų kolega Robertas Redikeris paskelbta jų išvados inTaikomosios fizikos raidės 1962 metų lapkričio 5 dieną.
Viskas įvyko taip greitai, kad a Niujorko laikas straipsnis stebėjosi „stulbinančiu sutapimu“ ir pažymėjo, kad IBM pareigūnai nežinojo apie GE sėkmę, kol GE neišsiuntė pakvietimų į spaudos konferenciją. MIT atstovas sakė Laikai kad GE pasiekė sėkmės „likus kelioms dienoms ar savaitei“ iki savo komandos.
Ir IBM, ir GE spalį pateikė paraiškas JAV patentams, ir galiausiai abi buvo apdovanotos.
Visos trys patalpos dabar buvo apdovanotos IEEE už savo darbą.
„Turbūt niekur kitur puslaidininkinis lazeris neturėjo didesnio poveikio kaip komunikacijose“, – teigia an ETHW įrašas„kur kas sekundę puslaidininkinis lazeris tyliai užkoduoja žmogaus žinių sumą į šviesą, leidžiančią ja beveik akimirksniu dalytis vandenynuose ir kosmose“.
IBM tyrimų puslaidininkinis lazeris naudojo galio arsenido pn diodą, kuris buvo suformuotas į mažą optinę ertmę su išgraviruota mezos struktūra.IBM
Juodawlkis, kalbėdamas Linkolno laboratorijos ceremonijoje, pažymėjo, kad puslaidininkiniai lazeriai naudojami „kiekvieną kartą, kai skambinate mobiliuoju telefonu“ arba „Google kvailų kačių vaizdo įrašai“.
„Jei pažvelgtume į platesnį pasaulį, – sakė jis, – puslaidininkiniai lazeriai iš tikrųjų yra vienas iš informacinio amžiaus pagrindų.
Savo kalbą jis baigė a citata, apibendrinanti 1963 m Laikas žurnalo straipsnis: „Jei pasaulis kada nors turės galimybę rinktis iš tūkstančių skirtingų TV programų, keli diodai su silpnais infraraudonųjų spindulių spinduliais gali jas perkelti iš karto“.
Tai buvo „išankstinis puslaidininkinių lazerių pranašumas“, – sakė Juodawlkis. „Nuostabu, ką šios… trys organizacijos JAV šiaurės rytuose padarė prieš 62 metus, kad suteiktų mums visas šias galimybes dabar ir ateityje.
Šią technologiją atpažįstančios plokštelės dabar rodomos GE, Watson tyrimų centre ir Linkolno laboratorijoje. Jie skaito:
1962 m. rudenį General Electric Schenectady ir Sirakūzų įrenginiai, IBM Thomaso J. Watsono tyrimų centras ir MIT Linkolno laboratorija atskirai pranešė apie pirmuosius puslaidininkinio lazerio demonstravimus. Puslaidininkinis lazeris, mažesnis nei ryžių grūdas, maitinamas naudojant nuolatinės srovės įpurškimą ir pasiekiamas bangos ilgiais, apimančiais ultravioletinius spindulius iki infraraudonųjų spindulių, puslaidininkinis lazeris tapo visur paplitęs šiuolaikinėse ryšių, duomenų saugojimo ir tiksliųjų matavimų sistemose.
IEEE Bostonas, Niujorkasir Schenectady skyriai rėmė nominaciją.
Administruoja IEEE istorijos centras ir remiama donorų, Milestone programa pripažįsta išskirtinius techninius pasiekimus visame pasaulyje.