Išrastas daugiau nei prieš 60 metų, puslaidininkiniai lazeriai yra daugelio šių dienų technologijų, įskaitant brūkšninių kodų skaitytuvus, pluošto optinių ryšių, medicininių vaizdų ir nuotolinio valdymo valdymą, pagrindas.
Lazerio technologijos galimybės pribloškė mokslo bendruomenę 1960 m., Kai pirmą kartą buvo pademonstruotas ilgalaikis lazeris. Trys JAV tyrimų centrai pradėjo lenktynes kurti pirmąją puslaidininkinę technologijos versiją, jos nežinodami. Trys generalinės įmonės „Electric“, IBM Thomas J. Watson tyrimų centras ir MIT Linkolno laboratorija-kiekvienas pranešė apie pirmąjį puslaidininkio lazerio demonstravimą per kelias dienas vienas nuo kito 1962 m.
Puslaidininkių lazeris buvo paskirtas IEEE etapu per tris ceremonijas, su kiekvienam įrenginiui įdiegta atminimo plokštelė.
Lazerio išradimas sukėlė trijų krypčių lenktynes
Pagrindinė lazerio koncepcija datuojama 1917 m., Kai Albertas Einšteinas pasiūlė „stimuliuojamos emisijos“ teoriją. Mokslininkai jau žinojo, kad elektronai gali spontaniškai absorbuoti ir skleisti šviesą, tačiau Einšteinas manė, kad jie gali būti manipuliuojami, kad būtų galima skleisti konkrečius bangos ilgius. Inžinieriams prireikė dešimtmečių, kad jo teorija pavertė realybe.
1940 m. Pabaigoje fizikai stengėsi pagerinti vakuuminių vamzdžių, naudojamų JAV kariuomenėje Antrojo pasaulinio karo metu, projektavimą, norėdami aptikti priešo orlaivius, sustiprindami signalus. Vienas iš jų buvo Charlesas Townesas, „Bell Labs“ tyrėjas Murray Hill mieste, Naujajame Džersyje. Jis pasiūlė pastatyti galingesnį stiprintuvą, praleisdamas elektromagnetinių bangų spindulį per ertmę, kurioje yra dujų molekulių. Banga stimuliuotų dujų atomus, kad energiją išlaisvintų lygiai tokiu pat greičiu kaip banga, sukeldami energiją, dėl kurios ji paliktų ertmę kaip galingesnį spindulį.
1954 m. Townesas, tuometinis Kolumbijos universiteto fizikos profesorius, išrado prietaisą, kurį jis pavadino „maseriu“ (trumpai tariant, skatinant stimuliuojamą radiacijos išmetimą). Tai pasirodė svarbus lazerio pirmtakas.
Remiantis Amerikos fizinės draugijos paskelbtu straipsniu, daugelis teoretikų teigė, kad jo įrenginys niekada neveiks. Kai jis suveikė, kiti tyrėjai greitai jį nukopijavo ir pradėjo išrasti variantus, rašoma straipsnyje.
Townesas ir kiti inžinieriai manė, kad jie gali sukurti optinę maserio versiją, kuri galėtų sukelti šviesos spindulį, panaudodami aukšto dažnio energiją. Toks prietaisas gali sukelti galingesnę pluoštą nei mikrobangų krosneles, tačiau jis taip pat sukeltų šviesos pluoštus įvairiuose bangos ilgiuose, nuo infraraudonųjų spindulių iki matomos šviesos. 1958 m. Townesas paskelbė teorinę „lazerio“ apžvalgą.
"Nuostabu, kad šios trys organizacijos šiaurės rytų JAV prieš 62 metus suteikė mums visas šias galimybes dabar ir ateityje."
Kelios komandos dirbo kartu kurdamos įrenginį, o 1960 m. Gegužės mėn. Teodoras Maimanas, Hughes tyrimų laboratorijos Malibu mieste, Kalifornijoje, tyrėjas pastatė pirmąjį veikiantį lazerį. Po trijų mėnesių Maimanas paskelbė žurnalą „Nature“, apibūdinantį išradimą, didelę galią lempą, kuri užfiksavo šviesą ant rubino lazdelės, esančios tarp dviejų veidrodžių panašių sidabrinių paviršių. Šviesos, kurią sukuria svyruojanti rubino fluorescencija optinėje ertmėje, suformuotoje paviršiuje, realizuoja Einšteino stimuliuojamą emisiją.
Pagrindiniai lazeriai dabar buvo realybė. Inžinieriai greitai pradėjo kurti įvairius modelius.
Daugelis tikriausiai labiausiai jaudinosi dėl puslaidininkių lazerių potencialo. Puslaidininkių medžiagos gali būti manipuliuojamos elektros energija tinkamomis sąlygomis. Iš esmės lazeriai, pagaminti iš puslaidininkių medžiagų, galėtų tilpti į visus komponentus, reikalingus lazerio šviesos šaltiniams ir stiprintuvams, lęšiams ir veidrodžių mikrometro dydžio įtaisams.
„Šios pageidaujamos savybės užfiksavo mokslininkų ir inžinierių vaizduotę įvairiose disciplinose“, - teigia inžinerijos ir technologijos istorija Vikipedijoje.
1962 m. Pora tyrėjų sužinojo, kad esama medžiaga yra puikus lazerio puslaidininkis: Gallio arsenidas.
„Gallium Arsenide“ yra ideali medžiaga puslaidininkiniams lazeriams
1962 m. Liepos 9 d. MIT Linkolno laboratorijos tyrėjai Robertas Keyesas ir Theodore'as Quist'as paskelbė prieš kietojo kūno įrenginių tyrimų konferenciją auditorijai, kad jie kuria eksperimentinį puslaidininkio lazerį, IEEE kolega Paulius W. Juodawlkis. Ceremonijos atidengimas MIT. Juodawlkis buvo „Quantum Information“ direktorius ir integruota „Nanosystems Group“ MIT Linkolno laboratorijoje.
Tuo metu lazeriai dar nesugebėjo skleisti nuoseklaus spindulio, tačiau darbas greitai vyko, sakė Juodawlkis. Tada Juodawlkis ir Quist pribloškė auditoriją: jie galėjo parodyti, jie teigė, kad beveik 100 procentų elektros energijos, įšvirkščiamos į galio arsenido puslaidininkį, gali būti paversta šviesa.
Anksčiau niekas niekada nebuvo pateikęs tokio pretenzijos. Žiūrovai netikėjo, o jų netikėjimas buvo pasidalytas.
„Pasibaigus Juodawlkio pokalbiui, auditorijos narys atsistojo ir pasakė:„ Na, tai pažeidžia antrąjį termodinamikos įstatymą “, - sakė Juodawlkis.
Žiūrovai išsiveržė iš juoko. Tačiau fizikas Robertas N. Hallas, puslaidininkių ekspertas iš „General Electric Research Laboratories“, Schenectady mieste, Niujorke, nutildė juos.
„Bobas Hallas išėjo ir paaiškino, kodėl tai nepažeidė antrojo įstatymo“, - teigė Juodawlkis. "Tai buvo sensacija".
Kelios komandos lenktyniavo kurti veikiantį puslaidininkį lazerį, o nugalėtojas pasirodė per kelias dienas.
Puslaidininkiniai lazeriai yra pagaminti iš mažų puslaidininkių kristalų, pakabinamų stiklinėje talpykloje, užpildytame skystu azotu, o tai padeda prietaisui vėsinti.
Hallas grįžo į GE ir, įkvėptas Juodawlkis ir Quist'o pristatymų, tapo įsitikinęs, kad jis gali paskatinti komandą sukurti efektyvų, efektyvų galio arsenido lazerį. Jis jau praleido metus dirbdamas su puslaidininkiais, išradęs vadinamąjį „PIN“ diodų lygintuvą.
Lygintuvas, kuris naudojo kristalus, pagamintus iš grynojo germanio, puslaidininkinės medžiagos, galėtų paversti kintamąją srovę į tiesioginės srovės-A pagrindinę kietojo kūno puslaidininkių vystymąsi, kad būtų galima perduoti galią.
Ši patirtis pagreitino puslaidininkių lazerių vystymąsi. Hall ir jo komanda naudojo prietaisą, panašų į „PIN“ lygintuvą. Jie pastatė diodą lazerį, kuris sukūrė nuoseklią šviesą iš galio arsenido krištolo trečdalio milimetro dydžio, įterptą ertmėje tarp dviejų veidrodžių, kad šviesa pakartotinai atšoko pirmyn ir atgal. Naujienos apie išradimą buvo paskelbtos 1962 m. Lapkričio 1 d. Fizinių peržiūros laiškų numeryje.
Dirbant Hallui ir jo komandai, taip pat ir Watsono tyrimų centro, Niujorko, Watsono tyrimų centro tyrėjai. Anot Ethw, 1962 m. Vasario mėn. Marshall I. Nathan, IBM tyrėjas, anksčiau dirbęs „Gallium Arsenide“, gavo užduotį iš savo skyriaus vadovo: pastatyti pirmąjį „Gallium Arsenide“ lazerį.
Nathanas vadovavo tyrėjų komandai, kuriai buvo Williamas P. Dumke'as, Geraldas Burnsas, Frederickas H. Diehlas ir Gordonas Rascheris kuriant lazerį. Jie baigė užduotį spalį ir rankomis pateikė dokumentą, kuriame aprašė jų darbus taikomosioms fizikos laiškams, kurie ją paskelbė 1962 m. Spalio 4 d.
MIT Linkolno laboratorijoje Quist, Juodawlkis ir jų kolega Robertas Reddickas pranešė apie rezultatus 1962 m. Lapkričio 5 d., Taikomųjų fizikos laiškų leidime.
Viskas įvyko taip greitai, kad „New York Times“ straipsnis stebėjosi „stulbinančiu sutapimu“, pažymėdamas, kad IBM pareigūnai nežinojo apie GE sėkmę, kol GE išsiuntė kvietimą į spaudos konferenciją.
IEEE už savo darbą dabar pagerbė visas tris organizacijas. „Galbūt puslaidininkių lazeriai padarė didžiausią įtaką ryšių srityje“, - rašė ETHW straipsnis. "Kiekvieną sekundę puslaidininkiniai lazeriai tyliai koduoja žmogaus žinių sumą į šviesą, leidžiančią ja beveik akimirksniu pasidalyti visuose vandenynuose ir erdvėje."
MIT atstovas „The Times“ pasakojo, kad GE pasiekė savo sėkmę „kelias dienas ar savaitę“ prieš savo komandą. Tiek IBM, tiek GE kreipėsi į JAV patentus spalio mėn., Ir abu buvo suteiktas.
Linkolno laboratorijos ceremonijoje Gioudarkis atkreipė dėmesį į tai, kad kiekvieną kartą, kai „skambinate telefonu“ arba „Google Silly Cat“ vaizdo įrašai, jūs naudojate puslaidininkio lazerį.
„Jei pažvelgtume į platesnį pasaulį, - sakė jis, - puslaidininkių lazeris iš tikrųjų yra vienas iš kertinių informacinio amžiaus akmenų“.
Savo kalbą jis baigė 1963 m. Žurnalo „Time Magazine“ straipsnio citata: „Jei pasaulis turėtų pasirinkti tarp tūkstančių skirtingų televizijos programų, tik keli diodai su savo mažomis infraraudonųjų spindulių spinduliais galėtų jas parinkti vienu metu“.
Tai buvo „Puslaidininkių lazerių prestatė“, - teigė Gioudarkis. "Nuostabu, ką šios trys šiaurės rytų organizacijos padarė prieš 62 metus, kad suteiktų mums visas šias galimybes dabar ir ateityje."
„General Electric“, „Watson“ tyrimų centras ir Linkolno laboratorija dabar demonstruoja šias technologijas. Jie skaito:
1962 m. Rudenį „General Electric“ Schenectady ir Sirakūzų augalų, IBM Thomas J. Watsono tyrimų centro ir MIT Linkolno laboratorijos pirmosios puslaidininkių lazerių demonstracijos pranešė atitinkamai. Mažesni nei ryžių grūdai, varomi dėl tiesioginės srovės injekcijos, o bangos ilgis - nuo ultravioletinių spindulių iki infraraudonųjų spindulių, puslaidininkių lazeriai yra visur paplitę šiuolaikinėse komunikacijos, duomenų saugojimo ir tikslių matavimo sistemose.
