تصویربرداری از سلول های بیولوژیکی از داخل

محققان چینی و ایتالیایی روشی را برای استفاده از قطرات چربی طبیعی درون سلول‌های چربی به‌عنوان ریز لنز، برای مشاهده و نظارت بر ساختارهای درون سلولی و سیگنال‌های فلورسانس خارج سلولی ایجاد کرده‌اند.

در مقایسه با میکروسکوپ فلورسانس سنتی، تظاهرات تیم نشان داد که تصویربرداری با میکرولنز بیوفتونیک وضوح تصویر و قدرت سیگنال را افزایش می‌دهد در حالی که به نور کمتری نیاز دارد، که می‌تواند به نمونه‌های زنده آسیب برساند و از بین ببرد. محققان امیدوارند که بتوانند روش خود را در تشخیص سرطان، عفونت ویروسی و سایر بیماری‌ها در زمان واقعی مورد استفاده قرار دهند.

تصویربرداری فلورسانس، یا طبیعی

میکروسکوپ فلورسانس معمولاً برای نظارت بر تغییرات درون سلولی و سیگنال های خارج سلولی در زمان واقعی استفاده می شود. با این حال، سیگنال های فلورسانس از ساختارهای درون سلولی به طور کلی ضعیف هستند و تشخیص آنها دشوار است. پمپاژ کردن شدت نور تحریک می تواند قدرت سیگنال فلورسانس را بهبود بخشد - اما همچنین احتمال سمیت نوری و سفید شدن نور را افزایش می دهد.

محققان مؤسسه نانوفوتونیک، دانشگاه جینان، چین، و مؤسسه علوم کاربردی و سیستم‌های هوشمند، ایتالیا، تصمیم گرفتند به دنبال رویکرد طبیعی‌تری برای بهبود تصویربرداری فلورسانس از ساختارهای درون سلولی باشند. آنها استفاده از قطرات لیپید درون زا در سلول های زنده را به عنوان میکرولنزها برای بهبود تصویربرداری به صفر رساندند. از آنجایی که کره های لیپیدی به طور طبیعی وجود دارند، کاملاً زیست سازگار هستند

قبل از آزمایش‌های نمایشی، محققان قطرات لیپید را در سلول‌های چربی بالغ (که معمولاً سلول‌های چربی نامیده می‌شوند) مشخص کردند. قطرات صاف و کروی با قطرهای 0.5 تا 40 میکرومتر و ضریب شکست در حدود 1.52 بودند. عدد دوم بالاتر از شاخص سیتو و پری پلاسم است. که باعث شد قطرات لیپید برای تصویربرداری فلورسانس درون سلولی و برای تشخیص سیگنال های فلورسانس خارج سلولی مناسب باشند.

برای هدایت ریز لنزهای لیپیدی از طریق سیتوپلاسم برای تصویربرداری از ساختارهای مختلف داخل و خارج سلول، محققان دریافتند که موچین های نوری 1064 نانومتری ایده آل هستند و در امتداد قطرات حرکت می کنند و در عین حال کمترین آسیب را به سلول وارد می کنند. راه اندازی آزمایشی برای نمایش میکرولنز شامل یک سیستم موچین نوری اسکن با یک میکروسکوپ نوری معکوس برای تشخیص سیگنال های میدان روشن و فلورسانس بود.

نگاه کردن به داخل و خارج

برای تظاهرات تصویربرداری میدان روشن درون سلولی، ساختارهایی که باید مشاهده شوند در زیر قطره لیپید در سیتوپلاسم قرار گرفتند و به قطره اجازه دادند تا به آرامی بر ساختار فشار بیاورند. در این آزمایش‌های اولیه حالت تماس، محققان دریافتند که این قطرات می‌توانند ویژگی‌های ساختاری را با اندازه ۱۰۰ نانومتر، با سیگنال قوی‌تر و با استفاده از قدرت تحریک قابل‌توجه کمتر در مقایسه با میکروسکوپ فلورسانس سنتی، شناسایی کنند.

این تیم قادر به تصویربرداری و ردیابی در زمان واقعی رشته‌های اکتین نشان‌دار شده با فلورسنت در اسکلت سلولی و همچنین لیزوزوم‌ها و آدنوویروس‌هایی بودند که از طریق سیتوپلاسم مهاجرت می‌کنند، به مدت 10 دقیقه.

برای نشان دادن تشخیص سیگنال فلورسانس خارج سلولی با استفاده از لنزهای لیپیدی، محققان از فاصله کانونی طولانی و ضریب شکست بالای قطرات چربی استفاده کردند. در این حالت غیر تماسی، آنها می‌توانند از میکرولنز لیپیدی برای شناسایی سیگنال‌های فلورسانس در خارج از دیواره سلولی و ریزمحیط و بافت‌های اطراف استفاده کنند. در مطالعات توصیفی با طول موج های خاص نور، آنها دریافتند که فاصله کانونی با افزایش قطر قطرات چربی افزایش می یابد. به عنوان مثال، یک نور تحریکی با طول موج λ = 473 نانومتر که از یک میکرولنز لیپیدی با قطر بیش از 2 میکرومتر عبور می کند، فاصله کانونی بیشتر از 10λ دارد.

فیبرهای نوری برای کاربردهای بیوفوتونیک

چالش‌های عمده در کاربردهای بیوفوتونیکی در علوم زیستی شامل نحوه جمع‌آوری نور کم توان ساطع شده (تا محدوده nW) از یک نمونه بافت و انتقال آن به آشکارساز فوتون، نحوه تحویل طیف وسیعی از سطوح توان نوری به بافت است. منطقه یا بخش در طول دسته های مختلف جلسات مراقبت های بهداشتی درمانی، و نحوه دسترسی به یک منطقه تشخیصی یا درمانی در یک موجود زنده با یک کاوشگر تشخیص نوری یا یک منبع انرژی تابشی به حداقل روش تهاجمی. خواص فیزیکی و انتقال نور منحصر به فرد فیبرهای نوری آنها را قادر می سازد تا به حل چنین مسائل اجرایی کمک کنند. این فصل زمینه‌ای را ارائه می‌کند که برای درک نحوه عملکرد فیبرهای نوری ضروری است و دسته‌های مختلفی از فیبرهایی را که به صورت تجاری برای استفاده در بیوفوتونیک در دسترس هستند، توضیح می‌دهد.

اصول اولیه نور

هدف این فصل ارائه مروری بر رفتار بنیادی نور است. داشتن درک خوب از اصول اولیه نور برای درک نحوه تعامل نور با ماده بیولوژیکی، که اساس بیوفتونیک است، مهم است. یک جنبه چالش برانگیز استفاده از نور در مواد بیولوژیکی این است که خواص نوری مواد به طور کلی با طول موج نور متفاوت است و می تواند به عواملی مانند توان نوری در هر ناحیه تابش شده، دما، زمان قرار گرفتن در معرض نور و قطبش نور بستگی داشته باشد. موضوعات زیر در این فصل گنجانده شده است: ویژگی های امواج نور، قطبش، کوانتیزه شدن و انرژی فوتون، بازتاب و شکست و مفاهیم تداخل و پیوستگی.

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%

لیزر بخار مس

لیزر بخار مس (CVL) از بخارات مس به عنوان واسطه لیزر در یک لیزر 4 سطحی استفاده می کند. نور لیزر سبز در طول موج 510.6 نانومتر و نور لیزر زرد در طول موج 578.2 نانومتر تولید می کند. پهنای پالس معمولاً از 5 تا 60 ns و حداکثر توان از 50 تا 5000 کیلووات است. فرکانس های تکرار پالس آن می تواند 2 تا 100 کیلوهرتز باشد. میانگین توان CVLها می تواند از 25 وات تا بیش از 2 کیلو وات باشد.[2][3]

این یکی از لیزرهایی است که می توان در خانه ساخت.[4]

W.T.Walter و همکاران اولین کسانی بودند که تولید لیزر لیزرهای بخار مس را دریافت کردند (Walter WT, Piltch M., Solimene N., Gould G. لیزر پالسی در بخار اتمی مس. Bull. Amer. Phys. Soc., 1966, vol. 11, no. . 1، ص 113.). در سال 1971 A.A.Isaev، M.A.Kazaryan و G.G.Petrash یک مفهوم خودگرمکن را اختراع کردند که باعث افزایش فوق العاده کارایی لیزر بخار کوپر و شروع تولید صنعتی آنها شد. (Isaev AA, Kazaryan MA, Petrash GG Effective Pulsed Copper-poper Laser with High Average Generation Power. Zhurnal eksperimental'noi i teoreticheskoi fiziki, 1972, vol. 16, no. 1, pp. 40-42. (ترجمه انگلیسی: JETP نامه ها، 1972، ج 16، ش 1، ص 27–29.) http://jetpletters.ru/ps/753/article_11698.pdf ).

ساخت لیزرهایی که از بخار فلز خالص تولید شده از منبع مس عنصری استفاده می کنند، به دلیل دمای بسیار بالا، حدود 1500 درجه سانتیگراد، که برای ایجاد چنین بخاری ضروری است، دشوار است و مواد را برای مخزن نگهدارنده بخار و آینه ها به شدت محدود می کند. هالیدهای مس، به ویژه کلرید مس، برمید مس و یدید مس، جایگزین شده‌اند، زیرا در دماهای بسیار پایین‌تر، در محدوده 300 درجه سانتی‌گراد تا 600 درجه سانتی‌گراد، بخار تشکیل می‌دهند، اما عملیات در چنین دماهایی دشوار است. بخارات ترکیب مس نیز پیچیدگی سیگنال پمپ اعمال شده به دستگاه را افزایش می دهد. به طور معمول، دو پالس انرژی‌دهنده پشت سر هم مورد نیاز است، اولی برای تفکیک مولکول‌های بخار، و دومی برای ایجاد لیزر یون‌های تفکیک‌شده. دمای عملیاتی را می توان با استفاده از نیترات مس یا استیل استونات مس کاهش داد که بخارات آن حداکثر توان خروجی لیزر را به ترتیب در 180 درجه سانتیگراد و 40 درجه سانتیگراد می دهد.

با استفاده از گونه‌های یونیزه‌شده منفرد مس، تحقیقات همچنین لیزرهای بخار مس را نشان داده‌اند که CW (موج پیوسته)، یعنی پالس نیستند و در طول موج‌های فرابنفش عمیق هستند.[5][6] این لیزرها می توانند توان متوسط ​​UV چند میلی وات را ارائه دهند و به طور بالقوه برای ابزارهای تحلیلی و طیف سنجی مفید هستند.

لیزرهای بخار مس در برخی از کاربردهای ماشینکاری و برش لیزری استفاده می شود. آنها همچنین می توانند در سیستم های جداسازی ایزوتوپ AVLIS استفاده شوند. در برنامه AVLIS از لیزر مسی برای تحریک لیزرهای رنگی قابل تنظیم استفاده می شود. مروری بر لیزرهای رنگی پمپ شده با لیزر مس توسط Webb در لیزرهای رنگی با توان بالا ارائه شده است.

لیزر برای کاربردهای تحقیقاتی

لیزر برای کاربردهای تحقیقاتی

طیف سنجی لیزری در دهه 1970 با گسترش لیزرهای رنگی قابل تنظیم و توسعه تکنیک های طیف سنجی جدید قدرتمند شکوفا شد. لیزرها مزایای مهمی نسبت به منابع طیف‌سنجی معمولی از جمله پهنای خط باریک و تمرکز توان بسیار بالا در یک نوار باریک ارائه می‌دهند که فوتون‌های بیشتری را برای اندازه‌گیری در دسترس می‌سازد. اما این ویژگی‌ها ارزش محدودی داشتند تا اینکه لیزرهای قابل تنظیم، لیزرها را در سراسر طیف نوری و نه تنها در چند باند باریک در دسترس قرار دادند. رنگ‌های منفرد نه تنها پهنای باند گسیل گسترده‌ای داشتند، بلکه رنگ‌های زیادی در دسترس بودند، بنابراین با هم محدوده نوری را در بر می‌گرفتند.

لیزرهای رنگی قابل تنظیم، قدرت تکنیک هایی را که در ابتدا با لیزرهای با طول موج ثابت نشان داده شده بودند، به شدت افزایش دادند. رابرت ترهون برای اولین بار طیف‌سنجی ضد استوکس رامان (CARS) منسجم را با لیزر یاقوتی در سال 1965 در شرکت فورد موتور نشان داد. یک دهه بعد، لیزرهای رنگی قابل تنظیم، CARS را به یک تکنیک قدرتمند و گسترده تبدیل کردند. تکنیک‌های جدید، مانند طیف‌سنجی بدون داپلر دو فوتون، به طور مستقل در سال 1974 توسط دیوید پریچارد، جی. آپت، و تی دبلیو دوکاس در موسسه فناوری ماساچوست (MIT) و تئودور هانش در استنفورد توسعه یافت.116 رشد سریع چنین تکنیک‌هایی رشد فناوری لیزر را تحریک کرد، اما جزئیات خارج از محدوده این مقاله است.

طیف سنجی لیزری یک تحقیق کاملاً خالص نبود. در اواسط دهه 1970، ایالات متحده و اتحاد جماهیر شوروی شروع به تحقیق در مورد استفاده از لیزر در غنی سازی ایزوتوپی کردند. یک هدف تحریک انتخابی اورانیوم 235 برای غنی سازی غلظت ایزوتوپ برای سوخت راکتور بود. وزارت انرژی ایالات متحده همچنین یک برنامه طبقه بندی شده برای تصفیه پلوتونیوم برای استفاده در سلاح های هسته ای با حذف پلوتونیوم 240 انجام داد که نوترون های نامطلوب را با شکافت خود به خود آزاد می کند. توسعه دهندگان امیدوار بودند که غنی سازی لیزر بسیار کارآمدتر و انرژی بسیار کمتری نسبت به فرآیند انتشار گازی باشد که در آن زمان برای تولید سوخت رآکتور ایالات متحده استفاده می شد. برنامه های غنی سازی ایزوتوپ توسعه لیزرهای رنگی پمپ شده با بخار مس برای تحریک انتخابی ایزوتوپ ها در بخارات فلزی و لیزرهای مادون قرمز و فرابنفش برای یک فرآیند دو مرحله ای برای تحریک انتخابی و جمع آوری مولکول های UF6 حاوی U-235 را حمایت کردند.

گداخت محصور اینرسی نیز در دهه 1970 به یک برنامه تحقیقاتی بزرگ تبدیل شد که هدف آن عمدتا شبیه سازی فیزیک سلاح های هسته ای در مقیاس آزمایشگاهی با هدف بلندمدت تحقیق بر روی راکتورهای همجوشی غیرنظامی بود. این نیاز به پالس های لیزری با انرژی بالا در مقیاس نانوثانیه برای گرم کردن و فشرده سازی اهداف داشت. لیزرهای دی اکسید کربن به طور مختصر در لوس آلاموس مورد مطالعه قرار گرفتند و آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی دریایی، لیزرهای گاز هالید کمیاب عظیم ساخت، اما بیشتر لیزرهای همجوشی، لیزرهای نئودیمیم پمپ شده با لامپ بودند که در سال های اخیر از طریق یک ژنراتور هارمونیک سوم برای تولید قرار گرفته اند. پالس های UV

لیزرهای الکترون آزاد

لیزرهای الکترون آزاد

لیزر الکترون آزاد یکی از ایده های غیرمعمولی بود که در دهه 1970 پدیدار شد. در سال 1971، جان ام جی مدی پیشنهاد استخراج انرژی از پرتوی الکترون‌های پرانرژی را با خم کردن مسیرهای آنها به جلو و عقب در حین عبور از آرایه‌ای از آهنرباها با قطبیت متناوب ارائه کرد. با لیزر و میزر مایکروویو، تفاوت های قابل ملاحظه ای در این دو رژیم وجود داشت.)

مدی و همکارانش چندین سال بعد را صرف توسعه این مفهوم کردند. در سال 1976 آنها تابش تحریک شده در مادون قرمز را در استانفورد مشاهده کردند. سال بعد آنها نوسان لیزر 112 را نیز در IR مشاهده کردند. شکل 17 مادی و لوئیس الیاس را نشان می دهد که روی یک آزمایش لیزری با الکترون آزاد اولیه کار می کنند.

در اصل، یک لیزر الکترون آزاد می‌تواند یک پرتو لیزر قدرتمند تولید کند و استفاده از یک حلقه ذخیره‌سازی می‌تواند با بازیافت مکرر الکترون‌ها از طریق ویگلر، کارایی را بهبود بخشد. علاوه بر این، طول موج به انرژی الکترون و فاصله آهنربا بستگی دارد، بنابراین قابلیت تنظیم امکان پذیر است، و این اصل را می توان از امواج مایکروویو تا اشعه ایکس اعمال کرد، اگرچه در عمل محدوده هر لیزر تک الکترون آزاد محدود است. با این حال، این جاذبه‌ها با نیاز به یک شتاب‌دهنده الکترونی قدرتمند خنثی شدند و پیشرفت کند بود.

کومار پاتل با لیزر CO2 گاز روان در سال 1967

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.