Слава (slavikap) wrote,
Слава
slavikap

Categories:

История полупроводникового лазера

Оригинал взят у matveychev_oleg в История полупроводникового лазера

В конце 50-х — начале 60-х годов XX века между физиками всего мира развернулась настоящая гонка лазерных технологий. Изобретателей по обе стороны железного занавеса подстегивали и научный интерес, и гонка вооружений.

Принцип работы был сформулирован задолго до того, как появился первый настоящий лазер. Начало теории положил Альберт Эйнштейн, сформулировав в 1913 году гипотезу о том, как внутри звезд получается излучение. Явление, которое в гипотезе Эйнштейна отвечало за этот процесс, получило название «вынужденное», или индуцированное, излучение. Оно состоит из фотонов, которые испускают возбужденные атомы, возвращаясь обратно в стабильное состояние после возбуждения вынуждающими фотонами. Великий ученый утверждал, что вынуждающий и вынужденные фотоны всегда когерентны. Он не знал, что это знание положит начало лазерной революции.

Когерентность волн, поглощаемых и излучаемых, — принципиально важное для лазерной техники свойство. Оно означает совпадение направления, длины, фазы и поляризации обеих волн. Именно благодаря когерентности луч лазера не рассеивается.


5

Для того чтобы создать такое устройство, не хватало только положительной обратной связи.

На несколько десятилетий после Эйнштейна о вынужденном излучении как будто бы забыли, зато в начале 50-х годов прошлого столетия оно внезапно всех заинтересовало. Сначала родилась идея резонатора — усилителя вынужденного излучения. За разработку прибора для усиления вынужденного микроволнового излучения на пучке молекул аммиака получили Нобелевскую премию по физике двое советских ученых, Александр Прохоров и Николай Басов, и их американский коллега — Чарльз Таунс. После этого началась бешеная гонка открытий: о лазере, способном генерировать мощное излучение, мечтали сотни ученых. К тому времени стало понятно, что лазер должен состоять из рабочей среды (вещества, которое дает вынужденное излучение), источника энергии (устройства накачки) и резонатора, который усиливает вынужденное излучение.


Для того чтобы создать такое устройство, не хватало только положительной обратной связи. Волны оптического диапазона очень короткие (их длина измеряется в долях микрона), казалось невероятным построить резонатор таких же масштабов. Только в 1956 году американский ученый Роберт Дике понял, что совершенно необязательно конструировать микроскопический резонатор — он может быть и большим. Через год на полях в записной книжке физика Гордона Гулда впервые появилось слово «лазер».

Если Энштейна считают отцом лазерной теории, то отец лазерной техники — это Теодор Мейман, создатель первого твердотельного лазера. В качестве активной среды для первого лазера использовали рубиновый цилиндр. В качестве резонатора выступило серебряное напыление, которое Мейман нанес прямо на поверхность рубина. Весной 1960 года лазер Меймана дал первый в мире лазерный луч.

5

А в 1962 году в лаборатории General Electric в Скенектади физик Роберт Холл первым создал полупроводниковый лазер. Почти одновременно с этой задачей справились исследователи из MIT, компании IBM и уже знакомый нам Николай Басов в СССР, но научное сообщество признало первенство Холла. Лазер Холла работал на основе арсенида галлия (GaAs). Вынужденное излучение в нем создавалось не за счет перехода электрона в атомах на более высокие энергетические уровни и обратно, а благодаря особым свойствам полупроводниковых материалов. В полупроводниках электроны могут перемещаться между разрешенными энергетическими зонами или подзонами кристалла, выделяя и поглощая при этом фотоны.

Чтобы собрать полупроводниковый лазер, Холлу потребовалось не только знание физики, но и умение работать руками. В детстве он увлекался шлифовкой линз и даже сам построил телескоп, поэтому ручная работа с оптикой была для него не в новинку. В его руках кристалл арсенида галлия пробрел нужные формы: строго параллельные грани полупроводника обеспечили переход электронов между зоной проводимости и валентной зоной. Оставалось дать электронам первый импульс к движению — начать накачку. Холл пропустил через кристалл сильный электрический ток, при этом охлаждая материал, чтобы тот не расплавился. В сентябре 1962 года Холл получил первый лазерный диод, а статья о нем вышла в журнале Physical Review Letters.
5
Твердотельный лазер Меймана был великим изобретением, но его значение заключалось в первую очередь в proof of concept — доказательстве возможности реализации идеи. Лазерный диод Холла положил начало бурному росту лазерных технологий. Без них невозможны были бы хранение данных на оптических носителях и передача информации по оптоволоконным сетям. Диоды вошли в наши дома оптоволоконными кабелями телекоммуникационных сетей, CD-, DVD- и Blu-ray-дисками и проигрывателями.




Tags: наука, техника
Subscribe

Posts from This Journal “техника” Tag

promo slavikap май 14, 2015 15:49 6
Buy for 50 tokens
Предлагаю разместить рекламу Вашего поста в этом промо-блоке, чтобы ее смогли увидеть 10 000 уникальных пользователей сети Интернет в течение суток. Сделаю репост за 50 жетонов. Без политики, эротики и т.д.
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments