винахід лазера

Імпульсом для якісного розвитку мікроелектроніки з'явився винахід лазера (lazer - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - посилення світла за допомогою вимушеного генерації випромінювання). Вітчизняний синонім лазера - оптичний квантовий генератор (ОКГ). Цей винахід став одним з найбільших і революційних наукових відкриттів другої половини XX в.

Теоретичне передбачення лазерно-мазерного ефекту було зроблено в 1916 р А. Ейнштейном, який описав ефект вимушеного випромінювання електронів. Співвідношення А. Ейнштейна показали, що створення надвисоких концентрацій електронів на високих енергетичних рівнях може викликати посилення інтенсивності світлової хвилі, що проходить через речовину. Отже, такий стан може призвести до генерації монохроматичного потоку. Відкриття було зроблено теоретично і залишило багато нерозв'язних в ті роки питань. Зокрема, яким саме чином має бути порушена речовина. Пошук відповідного речовини і способів його збудження зайняв не один десяток років. А. Ейнштейну належить ідея стимульованих переходів, яка лежить в основі дії лазера і мазера. Вчений сформулював її в 1917 р і зробив висновок про розподіл щільності випромінювання в спектрах нагрітих тел. Теорія А. Ейнштейна поклала початок дослідженням по створенню лазера.

Теорія А. Ейнштейна про можливість вимушеного випромінювання отримала експериментальне підтвердження в 1954 р Радянські фізики А. Прохоров і Н. Басов в Фізичному інституті Академії наук СРСР ім. Лебедєва (ФІАН) отримали лазерно-мазерного ефект на молекулах аміаку. Цей експеримент ліг в основу першого квантового молекулярного генератора, названого Мазер (mazer - Microweve Amplification by Stimulated Emission of Radiation - посилення мікрохвиль за допомогою індукованого випромінювання). Відкриття було удостоєно Ленінської премії в 1959 р

Випромінювання мазера було дуже слабким і відповідало сантиметровому радіодіапазоні (Хізл = 1,24см). У тому ж році в США Ч. Таунс, Д. Гордон і Г. Зейгер створили квантовий генератор з подібними характеристиками. Виник новий напрям - квантова електроніка. У 1964 р А. Прохорову і Н. Басову спільно з Ч. Таунсом була присуджена Нобелівська премія за "фундаментальні дослідження в галузі квантової електроніки, які привели до створення генераторів і підсилювачів нового типу - мазерів і лазерів". Фізичні принципи дії лазера і мазера подібні, відмінність полягає в робочих довжинах хвиль.

Перший лазерний ефект в твердому тілі було отримано Т. Мейманом. В якості робочого матеріалу він вибрав рубін всупереч існуючій думці про його низьку квантової ефективності. Джерелом оптичного накачування стали надзвичайно яскравий газосветние лампи, що застосовуються в фотографії як фотоспалахів. У травні 1960 року він продемонстрував перший у світі твердотільний лазер, що працює в імпульсному режимі.

Ідея створення напівпровідникового лазера відноситься до 1957 - 1959 рр. У 1961 р вона була описана американським фізиком Р. Холом. Однак виявилося, що вивчені на той час напівпровідники - кремній і германій - майже не мали здатність випромінювати світло. Розвиток напівпровідникових лазерів з самого початку було пов'язане зі створенням складних багатокомпонентних напівпровідникових матеріалів, що не існують в природі, а синтезованих штучно. Спочатку це були подвійні і потрійні з'єднання і розчини, потім число компонентів зросла до чотирьох і більше. Підбір відповідного напівпровідника тривав, і в Наприкінці 1962 року майже одночасно в США і СРСР були створені перші напівпровідникові лазери на основі арсеніду галію (GaAs).

Розробка напівпровідникового лазера ознаменувала новий напрям у науці. Але скоро з'ясувалося, що його застосування в техніці обмежена. Лазер працював тільки при температурі рідкого азоту (

70 До) і в імпульсному режимі. За ступенем монохроматичности (ДХДізЛ

0,005) напівпровідниковий лазер всього лише в 10 ^ 20 разів перевершував світлодіод, але в десятки тисяч разів поступався газовому лазеру. За кутовий розбіжність генерується променя (

30 °) він нагадував оптично вдосконалений світлодіод. Кристали виходили з ладу через кілька годин через високої щільності робочого струму. Тому широке промислове застосування арсеніду-галієві лазери отримали тільки до 1970-их рр. коли були вирішені основні технологічні проблеми виробництва і підвищена надійність лазерів. Удосконалилися характеристики напівпровідникових інжекційних лазерів і розширилася сфера їх застосування. В тому числі, експерименти по застосуванню напівпровідникових лазерів проводилися в області волоконно оптичної зв'язку.

Відкриття лазера дало стимул до розвитку багатьох галузей науки і техніки. Завдяки цьому, наприклад, в 1963 р стала можливою перша практична демонстрація голографії, принципи якої були описані Д. Габором ще в 1949 р Відкриття Д. Габора викликало інтерес у наукових колах. Але через відсутність в 1950-і рр. стабільних джерел когерентного випромінювання, голографія не отримала тоді практичного застосування. Створення напівпровідникового лазера забезпечило надалі широке застосування голографії в різних галузях промисловості. Наприклад, в машин остроеніі голографія використовувалася для контролю якості виробів складної форми, в медицині - для відтворення об'ємних зображень внутрішніх органів людини. Стало можливим створювати бібліотеки будь-яких об'ємних зображень, які використовуються у військових цілях, криміналістиці, банківській справі, образотворчому мистецтві.

Винахід лазера породило новий перспективний напрямок у фізиці - нелінійну оптику і призвело до виникнення нових технологій з унікальними можливостями, без яких немислима сучасна цивілізація.