جدول زمانی رویدادهای فیزیک لیزر

این جدول زمانی رویدادهای فهرست شده در این بررسی را خلاصه می کند، اما در نظر گرفته نشده است که جامع باشد.

رویداد تاریخ

1916 آلبرت انیشتین انتشار تحریک شده را پیشنهاد کرد

1928 شواهد غیرمستقیم برای انتشار تحریک شده توسط رودولف لادنبرگ گزارش شد

1940 تقویت نور با انتشار تحریک شده توسط والنتین فابریکانت پیشنهاد شد

1951 انتشار تحریک شده در 50 کیلوهرتز توسط ادوارد پرسل و رابرت پاوند، هاروارد مشاهده شد.

1954 چارلز تاونز و جیمز گوردون اولین میزر مایکروویو را با فرکانس 24 گیگاهرتز در دانشگاه کلمبیا تولید کردند.

تابستان 1957 تاونز شروع به بررسی میزر نوری کرد

اکتبر 1957 تاونز با گوردون گولد در مورد پمپاژ نوری و میزر نوری صحبت می کند.

نوامبر 1957 گولد کلمه "لیزر" را به کار برد و طنین انداز Fabry-Pérot را در اولین نوت بوک پیشنهاد کرد.

دسامبر 1958 تاونز و آرتور شاولو پیشنهاد مفصل "میزر نوری" را در Physical Review منتشر کردند.

1959 ARPA قرارداد 999000 دلاری را با TRG برای توسعه لیزر بر اساس پیشنهاد گولد منعقد کرد.

16 مه 1960 تئودور میمن لیزر یاقوتی را در آزمایشگاه تحقیقاتی هیوز نشان می دهد.

تابستان 1960 TRG Inc.، Bell Labs لیزر یاقوت تکراری

8 ژوئیه 1960 سرفصل ها کشف لیزر را اعلام کردند، موارد استفاده از ارتباطات تا سلاح را پیش بینی کردند

نوامبر 1960 پیتر سوروکین و میرک استیونسون، IBM، اولین لیزر حالت جامد چهار سطحی، اورانیوم در CaF2 را ساختند.

12 دسامبر 1960 علی جوان، ویلیام بنت و دونالد هریوت از آزمایشگاه های بل، لیزر هلیوم نئون، اولین لیزر موج پیوسته و اولین لیزر گازی را ساختند.

1961 اولین لیزر نئودیمیم در تنگستات کلسیم. لئو جانسون و کرت ناسائو، آزمایشگاه بل

1961 اولین لیزر شیشه ای نئودیمیم، الیاس اسنیتزر، اپتیکال آمریکایی

1961 دومین هارمونیک یاقوت که توسط پیتر فرانکن تولید شد

1961 شرکت Trion Instruments در Ann Arbor برای تولید لیزر تاسیس شد

1961 کوانتاترون توسط میمن برای تولید لیزر تاسیس شد. بعداً کوراد می شود

22 نوامبر 1961 با لیزر یاقوت  شبکیه جدا شده را در اولین بیمار در موسسه چشم هارکنس در نیویورک ترمیم کرد.

1962 لیزر هلیوم نئون قرمز توسط آلن وایت و دین ریگدن، بل اختراع شد.

1962 اولین لیزر دیود نیمه هادی، رابرت هال، آزمایشگاه تحقیق و توسعه جنرال الکتریک، پس از چند هفته توسط سه گروه دیگر

1962 Spectra-Physics و Perkin-Elmer لیزر هلیوم-نئون مادون قرمز 8000 دلاری را در ماه مارس معرفی کردند. فروش با معرفی نسخه قرمز در پاییز افزایش می یابد

1962 آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور گروه هایی را برای مطالعه چشم اندازهای همجوشی لیزر تشکیل داد.

ژنرال کورتیس لی می، رئیس ستاد نیروی هوایی 1962، چشم انداز دفاع هسته ای لیزری را ستود.

1963 هربرت کرومر ساختارهای ناهمسانی را برای بهبود لیزرهای دیودی پیشنهاد کرد. ژورس الفروف و رودولف کازارینوف در موسسه آیوف در روسیه پتنت لیزر دو ساختار ناهمسان را ثبت کردند.

1963 اولین لیزر یونی در جیوه توسط ارل بل در Spectra-Physics نشان داده شد.

1963 لیزر نیتروژن توسط H. G. Heard اختراع شد

1964 Snitzer اولین تقویت کننده فیبر را نشان داد

1964 ویلیام بریجز لیزر آرگون یون پالسی را در هیوز کشف کرد. یوجین گوردون cw argon را در بل توسعه می دهد

1964 اولین هولوگرام لیزری سه بعدی توسط امت لیث و ژوریس آپاتنیکس نمایش داده شد.

1964 کومار پاتل لیزر CO2 را در آ%

اولین لیزر تئودور میمن

(الف) اولین لیزر تئودور میمن، که از سیلندر آلومینیومی مورد استفاده در حین کار برداشته شد، و (ب) عکس میمان در پشت یک لیزر یاقوتی بزرگتر، که در کنفرانس مطبوعاتی هیوز که لیزر را اعلام کرد، ارائه شد. عکاس اصرار داشت که میمان را با لیزر بزرگتر ژست بگیرد و در ابتدا بسیاری فکر کردند که این اولین لیزر است.

تاریخچه کوتاه توسعه لیزر با مهندس شکوفه ساتری

خلاصه

نیم قرن از زمانی که میله کوچک یاقوتی تئودور میمن از آستانه انتشار لیزر عبور کرد می گذرد. این نمایش موفقیت‌آمیز سرفصل‌ها را به خود اختصاص داد، اما در سال‌های اولیه، لیزر «راه‌حلی به‌دنبال مشکل» نامیده می‌شد و جوانه‌ای از حقیقت در این جوک وجود داشت. سال‌ها توسعه از آن زمان تاکنون عملکرد لیزر را به شدت بهبود بخشیده و تنوع آنها را به شدت افزایش داده است و لیزرها نقش مهمی در تحقیقات علمی، محصولات مصرفی، مخابرات، مهندسی، پزشکی، کار مواد و بسیاری از کاربردهای دیگر داشته‌اند. این مقاله نکات برجسته این پیشرفت ها را بررسی می کند و آنها را در چارچوب قرار می دهد و نشان می دهد که چگونه فناوری لیزر برای برآورده کردن نیازهای برنامه تکامل یافته است.

1. مقدمه

لیزر اغلب با ترانزیستور و کامپیوتر به عنوان اختراعات برجسته اواسط قرن بیستم گروه بندی می شود. هر سه فناوری ریشه های مفهومی عمیقی داشتند و در سال های پس از پایان جنگ جهانی دوم به سرعت رشد کردند و شکوفا شدند. آنها از سرمایه گذاری سنگین دولتی و شرکتی در تحقیقات فیزیکی، رشد سریع تعداد فیزیکدانان و مهندسان، و میراث ایده ها و تجهیزات سال های جنگ سود بردند. دوران پیشرفت تکنولوژیکی و خوش بینی گسترده بود که ترس از اینکه تنش های جنگ سرد می تواند به جنگ هسته ای منجر شود، تعدیل شده بود.

اگرچه امروزه پتانسیل این سه فناوری آشکار به نظر می رسد، اما در ابتدا چندان واضح نبود. ترانزیستور برای اولین بار به عنوان یک جایگزین فشرده و جامد برای لوله های خلاء دیده شد. مدارهای مجتمع بیش از یک دهه بعد اختراع شدند. کامپیوترهای الکترونیکی قابل برنامه ریزی در ابتدا فقط برای تحقیقات علمی مفید بودند. به نوبه خود، لیزر در بدو تولد به شکل های مختلفی به عنوان یک پرتو مرگ علمی-تخیلی یا یک فرستنده همدوس با فرکانس بالاتر برای ارتباطات جوی معرفی شد.

در پوشش تکامل علم و فناوری لیزر، این مقاله بر دو سری تحولات متقابل متمرکز است، دستگاه‌های لیزر و کاربردهای لیزر. به ناچار این دو فرآیند با هم تعامل داشتند. توسعه دهندگان برنامه دستگاه های لیزری موجود را آزمایش کردند و به توسعه دهندگان لیزر در مورد ویژگی های جدید مورد نیاز برای کاربردی کردن برنامه ها بازخورد دادند. با تکامل برنامه ها، نیازهای لیزر آنها نیز تکامل یافت. به عنوان مثال، الزامات سیستم های ارتباطی نوری اولیه توسعه لیزرهای دیود نیمه هادی را تحت فشار قرار داد. دیودهای گالیم-آرسنید برای پیوندهای چند کیلومتری بین دفاتر مرکزی تلفن کافی بود، اما زمانی که الیاف شیشه در طول موج‌های طولانی‌تر انتقال بهتری داشتند، لیزرهای دیود InGaAsP برای پنجره‌های 1310 و 1550 نانومتر توسعه یافتند. از این نظر، فناوری لیزر در پاسخ به محیط اقتصادی مانند سایر فناوری ها تکامل یافت

لیزرها در طول نیم قرن از زمانی که تئودور میمن از آستانه عصر لیزر در 16 می 1960 در آزمایشگاه های تحقیقاتی هیوز عبور کرد، تاریخچه ای غنی و پیچیده داشته اند. این مقاله کوتاه نمی تواند آن تاریخ را با جزئیاتی که شایسته آن است پوشش دهد. فهرست کردن همه پیشرفت‌های مهم 50 سال گذشته، یا اعتبار بخشیدن به همه افرادی که در آن زمان سهم مهمی داشته‌اند، غیرممکن است. در عوض، من بر روندهای گسترده در فناوری تمرکز کرده ام، و به برخی نقاط عطف در این راه اشاره کرده ام، و امیدوارم که بیش از حد نادیده نگرفته باشم. جدول زمانی در ضمیمه 0 رویدادهای کلیدی تحت پوشش این مقاله را تا سال 2002 فهرست می کند، اما در نظر گرفته شده است که جامع نباشد.

2. پس زمینه

اولین بلوک مفهومی سازنده لیزر، پیشنهاد آلبرت اینشتین در سال 1916 بود که فوتون‌ها می‌توانند گسیل فوتون‌های یکسان را از اتم‌های برانگیخته تحریک کنند.4 رودولف لادنبورگ شواهد غیرمستقیم از انتشار تحریک‌شده را در سال 1928 گزارش کرد. و آن را از اهمیت عملی کمی در نظر گرفتند زیرا آنها انتظار داشتند که توزیع جمعیت بولتزمن عادی باشد، با حالت های انرژی بالاتر به ناچار جمعیت کمتری نسبت به سطوح پایین تر داشته باشد.

در سال 1940، فیزیکدان روسی والنتین A. Fabrikant پیشنهاد کرد که انتشار تحریک شده در تخلیه گاز ممکن است نور را در شرایط مناسب تقویت کند. پس از جنگ جهانی دوم، ویلیس لمب، جونیور، و R. C. Retherford دریافتند که تشدید مغناطیسی هسته ای می تواند وارونگی جمعیت ایجاد کند.

در سال 1951، چارلز اچ. تاونز گام مفهومی بعدی را برداشت و پیشنهاد کرد که انتشار تحریک شده در فرکانس های مایکروویو می تواند در یک حفره تشدید نوسان کند و خروجی منسجمی تولید کند. در سال 1954، تاونز و شاگردش جیمز گوردون 9 اولین میزر مایکروویو را نشان دادند که مولکول های آمونیاک برانگیخته را به داخل یک حفره رزونانس هدایت می کرد که در آنجا با فرکانس 24 گیگاهرتز .9 نوسان می کردند.

لیزر برای میکروسکوپ کانفوکال

لیزرها زمانی "راه حلی برای جستجوی مشکل" نامیده می شدند. این کلمه-که مخفف عبارت Light Amplification by Stimulated Emission of تابش است-برای به تصویر کشیدن تصاویر سلاح های مرگبار از فیلم ها و سریال های علمی تخیلی استفاده می شود. با این حال ، استفاده روزافزون آنها در زندگی روزمره ، ابتدا در دستگاه های پخش سی دی و سپس در اسکنرها و نشانگرهای بارکد ، باعث شده است که آنها به نظر برسند.

آنها همچنین برای میکروسکوپ کانفوکال مناسب هستند.

منبع نوری مناسب برای میکروسکوپ کانفوکال

اولین انتشار لیزر توسط تئودور میمن در 16 مه 1960 ایجاد شد و کار در Nature منتشر شد - پس از رد شدن توسط Physical Review Letters.

اما چه چیزی لیزرها را بسیار خاص می کند؟ پاسخ آسان است: توانایی آنها در ایجاد یک پرتو شدید و بسیار باریک از نور به طول یک موج. این پرتو در فواصل بسیار طولانی باریک می ماند ، که این امر را برای کاربردهای طولانی مدت بسیار مفید می کند ، مانند پرتاب آن از یک بازتابنده کوچک در سطح ماه. قطر کوچک پرتو لیزر آنها را به ویژه به عنوان منابع نوری برای میکروسکوپ اسکن کانفوکال مناسب می کند.

منبع نوری مناسب برای روشنایی کانونی باید روشن ، پایدار ، به راحتی متمرکز و البته در طول موج مناسب باشد. سایر ملاحظات عبارتند از میزان تولید گرما و سر و صدا و بدیهی است که هزینه خرید و اجرای آن شامل مصرف انرژی است.

روشنایی

قدرت در واحد سطح یا روشنایی مشخصه لیزرها است. از آنجا که قطر پرتو لیزر معمولاً در محدوده کمتر از یک میلی متر است ، حتی یک لیزر چند مگاواتی نقطه ای از نور بسیار روشن را تولید می کند ، دقیقاً به این دلیل که تمام انرژی آن بر آن نقطه متمرکز است. به هر حال ، این چیزی است که لیزر را برای چشم خطرناک می کند.

یکنواختی و ثبات روشنایی

شدت ، مشخصات پرتو و جهت ، همه عوامل مهمی در حین تهیه تصویر هستند که روشنایی یکنواخت را تضمین می کنند. روشنایی باید نه تنها در حین کسب بلکه در روز به روز پایدار باشد تا مقایسه اندازه گیری های انجام شده در روزهای مختلف امکان پذیر باشد.

تمرکز

توانایی تمرکز نور بر روی نقطه محدود با پراش از اهمیت بالایی در میکروسکوپ کانونی برخوردار است. تمرکز لیزری که با پرتو غیر واگرا ساطع می کند بسیار آسان است.

طول موج

طول موج ، که به نوع لیزر متصل است ، بیشترین بحث را دارد. در حقیقت ، نوع لیزر دارای بخش مخصوص به خود است و انتخاب نوع لیزر را می توان یکی از مهمترین تصمیمات دانست.

انواع لیزر

3 نوع اصلی لیزر در میکروسکوپ کانفوکال استفاده می شود:

گاز: لوله های شیشه ای یا کوارتز پر از گاز که توسط تخلیه های الکتریکی ولتاژ بالا پمپ می شوند

نیمه هادی: دیودهایی که با اعمال جریان در محل اتصال لایه های نیمه هادی پمپ می شوند

کریستال (حالت جامد): میله های بلور فلورسنت که توسط نور در طول موج مناسب پمپ می شوند

البته هر دو دستگاه دیود و کریستال حالت جامد دارند ، اما نحوه عملکرد آنها متفاوت است. بنابراین ، آنها به طور جداگانه طبقه بندی می شوند - معمولاً "حالت جامد" به لیزرهای کریستالی اشاره دارد. این امر برای ما که به hi-fi علاقه داریم ، گیج کننده است ، جایی که "حالت جامد" همیشه به تجهیزات دیود (ترانزیستور) اشاره می کند ، در مقایسه با دستگاه های خلاء لوله!

گاز

هنگامی که میکروسکوپ کانفوکال به صورت تجاری در دسترس قرار گرفت ، از گاز ، هلیوم نئون (HeNe) ، لیزرها به عنوان منابع نوری استفاده شد. این لیزرها نسبتاً ضعیف ، در حدود 0.5 میلی وات ، با خطوط در 633 نانومتر و 543 نانومتر بودند ، دومی برای فلوروکروم های محدودی که در آن زمان در دسترس بود مفیدتر بود. لیزر گازی دیگر ، لیزر Argon (Ar) با دو انتشار برجسته در 488 نانومتر و 514 نانومتر بهتر بود ، به ویژه اینکه خط 488 نانومتر آن FITC کامل و مشتقات آن و همچنین GFP است. لیزرهای Ar هنوز هم امروزه مورد استفاده قرار می گیرند و پنج خط تحریک مختلف در محدوده آبی/سبز-سبز ارائه می دهند.

کریستال و دیود

اگرچه لیزرهای گازی هنوز در حال استفاده هستند ، اما واحدهای کریستالی و دیودی در حال تسخیر هستند. آنها پایدارتر هستند و گرمای کمتری تولید می کنند. بنابراین ، لیزرهای کریستالی و دیودی نیازی به خنک کننده فن فعال ندارند. اگر ساعات طولانی را از کانفوک استفاده می کنید ، برای گوش شما بسیار مفید است. آنها همچنین طیف وسیعی از طول موجها را منتشر می کنند. اکثر آنها لیزرهای پالسی هستند ، که آنها را برای تصویربرداری طول عمر فلورسانس (FLIM) نیز مناسب می کند. آنها فقط می توانند در یک طول موج ساطع کنند ، بنابراین تعدادی منبع لیزر برای طول موج های متعدد مورد نیاز است ، با پنج خط مختلف که معمولاً برای طیف وسیعی از رنگها در محدوده قابل مشاهده برانگیخته می شوند.

امروزه از لیزرهای دیود 405 نانومتری برای UV استفاده می شود ، زیرا می توانند DAPI را به شدت تحریک کنند (البته در لبه منحنی تحریک آن) که طول موجهای کوتاهتری لازم نیست. این لیزرها همچنین می توانند برای پروتئین های فلورسنت تحریک شده با رنگ آبی عمیق استفاده شوند.

لیزرها می توانند در میکروسکوپ کانفوکال به روشهای پیشرفته تر و همه کاره تر از فلوروفورهای هیجان انگیز با استفاده از تعداد معینی و طول موج استفاده شوند. این نتیجه توسعه کلاسهای جدید لیزر است که در مقاله دیگری به آن خواهیم پرداخت.

تاریخچه مختصری از لیزرها: 60 سالگی لیزر

اختراعات بزرگ دهه 60

لیزر

اولین لیزر عملکردی توسط تئودور میمن ، مهندس و فیزیکدان آمریکایی اختراع شد که به طور گسترده ای به عنوان اختراع لیزر شناخته شده است ، که یکی از اختراعات بزرگ دهه 60 است.

بیست و یک کشفی که باعث تغییر علم و جهان شد

هنگامی که اولین لیزر فعال در سال 1960 گزارش شد ، به عنوان "راه حلی برای یافتن یک مشکل" توصیف شد. اما طولی نکشید که خصوصیات متمایز لیزر - توانایی تولید پرتوی شدید و بسیار باریک از نور با طول موج واحد - برای علم ، فناوری و پزشکی مهار می شد. امروزه لیزرها همه جا هستند: از آزمایشگاه های تحقیقاتی در لبه فیزیک کوانتوم گرفته تا کلینیک های پزشکی ، صندوق های خرید سوپرمارکت ها و شبکه تلفن.

مجله Physical Review Letters

تئودور میمن اولین لیزر را در 16 مه 1960 در آزمایشگاه تحقیقاتی هیوز در کالیفرنیا با تاباندن یک چراغ فلاش با قدرت بالا بر روی یک میله یاقوت با سطوح پوشش داده شده نقره کار کرد. وی بلافاصله گزارش کوتاهی از کار را به مجله Physical Review Letters ارائه کرد ، اما سردبیران آن را رد کردند.

به مناسبت روز جهانی نور صورت می گیرد

بررسی کاربرد نور در درماتولوژی و پوست

وبینار یک روزه «نور در درماتولوژی» به همت مرکز تحقیقات لیزر در پزشکی جهاد دانشگاهی علوم پزشکی تهران برگزار می‌شود.

به گزارش ایسنا، دکتر سیدمهدی طبایی، رئیس مرکز تحقیقات لیزر در پزشکی جهاد دانشگاهی علوم پزشکی تهران با اعلام این خبر گفت: ۱۶ می (مصادف با ۲۶ اردیبهشت) در دنیا به نام "روز جهانی نور" نامگذاری شده است که در این روز دانشگاه‌ها، مراکز علمی، پژوهشی و صنعتی سراسر جهان برنامه‌هایی برای تاکید به جایگاه و اهمیت نور و نقش آن در زندگی برگزار می‌کنند. در ایران هم "روز جهانی نور" در دانشگاه‌ها، پژوهشکده‌ها و مراکز تحقیقات فیزیک نور مختلف مثل دانشگاه تهران، دانشگاه تبریز، ستاد اپتیک فوتونیک لیزر کشور و … برگزار شده است. 

مخترع لیزر: خاطرات تئودور اچ مایمن