Ivvinta iktar minn 60 sena ilu, il-lejżers tas-semikondutturi huma l-pedament ta 'ħafna mit-teknoloġiji tal-lum, inklużi skaners tal-barcode, komunikazzjonijiet tal-fibra ottika, immaġini mediċi, u kontroll mill-bogħod.
Il-possibbiltajiet tat-teknoloġija tal-lejżer stordixxu l-komunità xjentifika fl-1960 meta l-laser teoretiku fit-tul intwera għall-ewwel darba. Tliet ċentri ta 'riċerka tal-Istati Uniti bdew tellieqa biex jiżviluppaw l-ewwel verżjoni tas-semikondutturi tat-teknoloġija mingħajr ma jafuha. It-tliet kumpaniji ġenerali elettriċi, l-IBM's Thomas J. Watson Research Centre, u l-Laboratorju Lincoln tal-MIT irrappurtaw l-ewwel dimostrazzjoni ta 'laser semikonduttur fi ftit jiem minn xulxin fl-1962.
Il-lejżer tas-semikondutturi ġie nominat pass importanti tal-IEEE fi tliet ċerimonji, bi plakka kommemorattiva installata għal kull apparat.
L-invenzjoni tal-lejżer qanqlet tellieqa bi tliet direzzjonijiet
Il-kunċett ewlieni tal-lejżer imur lura għall-1917, meta Albert Einstein ippropona t-teorija ta '"emissjoni stimulata." Ix-xjentisti diġà kienu jafu li l-elettroni jistgħu b'mod spontanju jassorbu u jarmu d-dawl, iżda Einstein ħaseb li jistgħu jiġu mmanipulati biex jarmu f'tul ta 'mewġ speċifiċi. Għaddew għexieren ta ’snin inġiniera biex jibdlu t-teorija tiegħu f’realtà.
Fl-aħħar tas-snin 1940, il-fiżiċi kienu jaħdmu biex itejbu d-disinn ta 'tubi tal-vakwu użati mill-militar tal-Istati Uniti fit-Tieni Gwerra Dinjija biex jindividwaw inġenji tal-ajru tal-għadu billi jamplifikaw sinjali. Waħda minnhom kienet Charles Townes, riċerkatur fil-Bell Labs fi Murray Hill, New Jersey. Huwa ppropona li jibni amplifikatur aktar qawwi billi jgħaddi raġġ ta 'mewġ elettromanjetiku minn kavità li fiha molekuli tal-gass. Il-mewġa tistimula l-atomi fil-gass biex tirrilaxxa l-enerġija eżattament bl-istess veloċità bħall-mewġa, li tiġġenera enerġija li tikkawżaha tħalli l-kavità bħala raġġ aktar qawwi.
Fl-1954, Townes, dak iż-żmien professur tal-fiżika fl-Università ta 'Columbia, ivvinta apparat li hu sejjaħ "maser" (qasir għall-amplifikazzjoni tal-emissjoni stimulata tar-radjazzjoni). Irriżulta li kien prekursur importanti għall-lejżer.
Ħafna teoriċi qalu lil Townes li l-apparat tiegħu qatt ma jaħdem, skont artiklu ppubblikat mill-American Physical Society. Ladarba ħadem, riċerkaturi oħra malajr ikkupjawh u bdew jivvintaw varjazzjonijiet, qal l-artiklu.
Townes u inġiniera oħra ħasbu li jistgħu joħolqu verżjoni ottika ta 'maser li tista' tipproduċi raġġ ta 'dawl billi tuża enerġija ta' frekwenza għolja. Apparat bħal dan jista 'jipproduċi raġġ aktar qawwi minn microwaves, iżda jipproduċi wkoll travi ta' dawl f'varjetà ta 'tulijiet ta' mewġ, minn infra-aħmar għal dawl viżibbli. Fl-1958, Townes ippubblika ħarsa ġenerali teoretika tal-lejżer. "
"Huwa tal-għaġeb li dawn it-tliet organizzazzjonijiet fil-Grigal ta 'l-Istati Uniti 62 sena ilu pprovdew dawn il-kapaċitajiet kollha issa u fil-futur."
Bosta timijiet ħadmu flimkien biex jibnu l-apparat, u f'Mejju 1960, Theodore Maiman, riċerkatur fil-Laboratorju ta 'Riċerka ta' Hughes f'Malibu, California, bena l-ewwel laser li jaħdem. Tliet xhur wara, Maiman ippubblika dokument fil-ġurnal Nature li jiddeskrivi l-invenzjoni, fanal li jaħdem b'qawwa għolja li tleqq dawl fuq virga ruby imqiegħda bejn żewġ uċuħ tal-fidda simili għall-mera. Id-dawl prodott mill-fluworexxenza tar-ruby li joxxilla fil-kavità ottika ffurmata mill-wiċċ jirrealizza l-emissjoni stimulata ta 'Einstein.
Lejżers bażiċi issa kienu realtà. Inġiniera malajr bdew jiddisinjaw diversi mudelli.
Ħafna probabbilment kienu l-iktar eċċitati dwar il-potenzjal ta 'lejżers tas-semikondutturi. Materjali tas-semikondutturi jistgħu jiġu mmanipulati biex iwettqu l-elettriku taħt il-kundizzjonijiet it-tajba. Essenzjalment, lejżers magħmula minn materjali tas-semikondutturi jistgħu jaqblu mal-komponenti kollha meħtieġa għal sorsi tad-dawl tal-lejżer u amplifikaturi, lentijiet u mirja ta 'apparat ta' daqs mikrometru.
"Dawn il-proprjetajiet mixtieqa qabdu l-immaġinazzjoni ta 'xjenzati u inġiniera f'dixxiplini," skond il-Wikipedija, l-istorja tal-inġinerija u t-teknoloġija.
Fl-1962, par ta 'riċerkaturi skoprew li materjal eżistenti kien semikonduttur tal-lejżer eċċellenti: l-arsenide tal-gallju.
Gallju arsenide huwa materjal ideali għal-lejżers tas-semikondutturi
Fid-9 ta 'Lulju, 1962, ir-riċerkaturi tal-laboratorju tal-MIT Lincoln Robert Keyes u Theodore Quist ħabbru quddiem udjenza fil-Konferenza tar-Riċerka dwar l-Apparat ta' l-Istat Solidu li kienu qed jiżviluppaw laser sperimentali tas-semikondutturi, l-IEEE sħabu Paul W. Juodawlkis qal waqt diskors fil-mili tal-IEEE Ċerimonja tal-kxif fil-MIT. Juodawlkis kien direttur tal-Quantum Information and Integrated Nanosystems Group fil-Laboratorju tal-MIT Lincoln.
Il-lejżers dak iż-żmien ma kinux kapaċi joħorġu raġġ koerenti, iżda x-xogħol kien miexi malajr, qal Juodawlkis. Juodawlkis u Quist imbagħad stordixxu lill-udjenza: Huma jistgħu juru, qalu, li kważi 100 fil-mija tal-enerġija elettrika injettata fi semikonduttur tal-arsenide tal-gallju jistgħu jiġu kkonvertiti f'dawl.
Ħadd qatt ma kien għamel tali talba qabel. L-udjenza kienet fl-inkredenza, u l-inkredenza tagħhom kienet maqsuma.
"Fi tmiem it-taħdita ta 'Juodawlkis, membru tal-udjenza qagħad u qal,' Well, dan jikser it-tieni liġi tat-termodinamiċità, '" qal Juodawlkis.
L-udjenza faqqgħet fir-daħk. Iżda l-fiżiku Robert N. Hall, espert tas-semikondutturi fil-Laboratorji ta 'Riċerka Elettrika ta' General fi Schenectady, New York, siektahom.
"Bob Hall ħareġ u spjega għaliex ma kiserx it-tieni liġi," qal Juodawlkis. "Din kienet sensazzjoni."
Timijiet multipli ġrew biex jiżviluppaw laser semikonduttur li jaħdem, u r-rebbieħ daħal fi ftit jiem.
Lejżers tas-semikondutturi huma magħmula minn kristalli ċkejkna semikondutturi sospiżi f'kontenitur tal-ħġieġ mimli nitroġenu likwidu, li jgħin biex iżomm l-apparat frisk.
Hall irritorna għand GE u, ispirat mill-preżentazzjonijiet ta 'Juodawlkis u Quist, sar konvint li jista' jwassal tim biex joħloq laser effiċjenti u effettiv tal-gallju tal-gallju. Huwa kien diġà qatta 'snin jaħdem ma' semikondutturi, billi jivvinta l-hekk imsejjaħ "pin" tad-dijodu.
Ir-rettifikatur, li uża kristalli magħmula minn ġermanju pur, materjal semikonduttur, jista 'jikkonverti kurrent alternattiv għal kurrent dirett - Żvilupp ewlieni ta' kurrent dirett fi semikondutturi fi stat solidu għat-trasmissjoni tal-enerġija.
Din l-esperjenza aċċellerat l-iżvilupp ta 'lejżers semikondutturi. Hall u t-tim tiegħu użaw apparat simili għar-rettifikatur "PIN". Huma bnew laser tad-dijodu li pproduċa dawl koerenti minn kristall tal-arsenide tal-gallju terz tad-daqs millimetru, imsaħħaħ fil-kavità bejn żewġ mirja sabiex id-dawl irkupra lura u lura ripetutament. Aħbarijiet dwar l-invenzjoni ġiet ippubblikata fil-ħarġa ta 'Reviżjoni Fiżika ta' l-1 ta 'Novembru.
Hekk kif Hall u t-tim tiegħu ħadmu, hekk għamlu r-riċerkaturi fiċ-Ċentru ta 'Riċerka Watson f'Yorktown Heights, New York. Skond l-ETHW, fi Frar tal-1962, Marshall I. Nathan, riċerkatur tal-IBM li qabel kien ħadem fuq l-arsenide tal-Gallju, irċieva kompitu mill-kap tad-dipartiment tiegħu: biex jibni l-ewwel laser tal-arsenide tal-gallju.
Nathan mexxa tim ta 'riċerkaturi li kien jinkludi William P. Dumke, Gerald Burns, Frederick H. Diehl u Gordon Rascher fl-iżvilupp tal-laser. Huma temmew il-kompitu f'Ottubru u kkonsenjaw id-dokument li jiddeskrivi x-xogħol tagħhom għal Ittri tal-Fiżika Applikata, li ppubblikah fl-4 ta 'Ottubru, 1962.
Fil-Laboratorju Lincoln tal-MIT, Quist, Juodawlkis, u l-kollega tagħhom Robert Reddick irrappurtaw ir-riżultati fil-5 ta 'Novembru, 1962, ħarġa ta' ittri tal-fiżika applikata.
Dan kollu ġara daqshekk malajr li artiklu ta 'New York Times stagħġeb bil- "koinċidenza tal-għaġeb," filwaqt li nnota li l-uffiċjali tal-IBM ma kinux jafu dwar is-suċċess ta' GE sakemm GE bagħtet stedina għal konferenza stampa.
It-tliet organizzazzjonijiet issa ġew onorati mill-IEEE għax-xogħol tagħhom. "Forsi l-lejżers tas-semikondutturi kellhom l-akbar impatt tagħhom fil-qasam tal-komunikazzjonijiet," artiklu ETHW kiteb. "Kull sekonda, lejżers tas-semikondutturi bil-kwiet jikkodifikaw is-somma tal-għarfien tal-bniedem fid-dawl, li jippermettilha tinqasam kważi istantanjament fl-oċeani u l-ispazju."
Kelliem għall-MIT qal lil The Times li GE kienet kisbet is-suċċess tagħha "ftit jiem jew ġimgħa" qabel it-tim tagħha stess. Kemm IBM kif ukoll GE applikaw għall-privattivi tal-Istati Uniti f'Ottubru, u t-tnejn eventwalment ingħataw.
Fiċ-ċerimonja tal-laboratorju ta 'Lincoln, Gioudarkis irrimarka li kull darba li "tagħmel telefonata" jew "vidjows tal-qtates iblah Google", qed tuża laser semikonduttur.
"Jekk inħarsu lejn id-dinja usa '," qal, "il-lejżer tas-semikondutturi huwa verament wieħed mill-pedamenti tal-era tal-informazzjoni."
Huwa temm id-diskors tiegħu bi kwotazzjoni minn artiklu tar-rivista Time tal-1963: "Jekk id-dinja kellha tagħżel bejn eluf ta 'programmi televiżivi differenti, ftit dijodi bir-raġġi infra-aħmar ċkejkna tagħhom jistgħu jagħżlu kollha kemm huma fl-istess ħin."
Kien "il-prespience tal-lejżers tas-semikondutturi," qal Gioudarkis. "Huwa tal-għaġeb dak li għamlu dawn it-tliet organizzazzjonijiet fil-Grigal 62 sena ilu biex jagħtuna dawn il-kapaċitajiet kollha issa u fil-futur."
General Electric, iċ-Ċentru tar-Riċerka Watson, u l-Laboratorju Lincoln issa juru plakki li jonoraw it-teknoloġija. Huma jaqraw:
Fil-ħarifa ta 'l-1962, l-ewwel dimostrazzjonijiet ta' lejżers semikondutturi kienu rrappurtati mill-pjanti ta 'Schenectady u Syracuse ta' General Electric, l-IBM's Thomas J. Watson Research Centre, u l-Laboratorju Lincoln tal-MIT, rispettivament. Iżgħar minn qamħ ta 'ross, li jaħdem b'injezzjoni ta' kurrent dirett, u b'tul ta 'mewġ li jvarjaw minn ultravjola għal infra-aħmar, lasers semikondutturi huma kullimkien f'komunikazzjonijiet moderni, ħażna ta' data, u sistemi ta 'kejl ta' preċiżjoni.
